設計模式模板方法模式

模板方法模式在乙個方法中定義乙個演算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。模板方法可以在不改變演算法結構的情況下，重新定義演算法中的某些步驟。

這個定義還是比較好理解的，由父類定義定義乙個模板，這裡的模板就是乙個方法，它將演算法定義成一組步驟，其中任何步驟都可以是抽象的，由子類負責實現。通過模板方法模式，可以確保演算法的結構保持不變，同時由子類提供部分實現。下面我將通過具體例項來講解一下模板方法模式。

假設我們需要模擬飲品店準備飲品的過程，例如在準備咖啡時，分為將水煮沸、用沸水沖泡咖啡、將咖啡倒入杯子、新增糖和牛奶四個步驟；準備茶時，分為將水煮沸、用沸水浸泡茶葉、把茶倒入杯子、新增檸檬四個步驟。

第一眼看到需求，我們很容易就可以想到，要模擬準備飲品的過程，我們只需要針對每種飲品定義乙個類，在每個類中編寫準備的過程即可，所以我們可以分別定義咖啡類coffee和茶類tea，它們的實現方式如下：

/**咖啡類*/
public
class
coffee
public
void
boilwater()
public
void
brewcoffeegrinds()
public
void
pourincup()
public
void
addsugarandmilk()
}//-------------------------------------------
/**茶類*/
public
class
teapublic
void
boilwater()
public
void
steepteabag()
public
void
pourincup()
public
void
addlemon()
}

在這兩個類中我們分別定義了乙個準備飲品的方法，這個方法中包含了準備飲品的每個步驟，並各自實現了所有的步驟，按照這個思路，以後如果有新的飲品出現，我們只需要定義新的飲品類即可。但是仔細觀察我們定義的兩個類可以發現，這兩個類都有準備飲品的方法，我們是否可以把它抽象出來？另外，準備飲品的步驟中，咖啡和茶的第一步均為「將水煮沸」、第三步均為「將xx倒進杯子」，這兩個步驟是一樣的，我們是否也能將它們抽出來呢？

依照物件導向的程式設計思想，我們可以將飲品類抽象出乙個父類，這個父類包含乙個準備飲品的抽象方法（因為所有飲品都必須實現這個方法，但是實現方式不一定相同）和所有飲品的公共方法，我們可以按照如下的方式進行定義：

/**所有咖啡因飲料的公共父類*/
public
abstract
class
caffeinebeverage
public
void
pourincup()
}

有了這個父類之後我們可以定義它的子類coffee和tea：

/**咖啡類*/
public
class
coffee
extends
caffeinebeverage
public
void
brewcoffeegrinds()
public
void
addsugarandmilk()
}//-------------------------------------------
/**茶類*/
public
class
teaextends
caffeinebeverage
public
void
steepteabag()
public
void
addlemon()
}

這兩個類分別實現了準備飲品方法，同時還自己定義了兩個獨有的方法，在準備飲品方法中，它們同時呼叫了父類和子類的步驟。

通過抽象和繼承能夠我們很好的實現需求，但是有沒有辦法再進行優化呢？我們繼續觀察咖啡類和茶類，這兩個類自行定義了兩個方法，這兩個方法是相互不同的，但是通過觀察我們發現，沖泡咖啡和浸泡茶葉是不是可以合併成乙個方法，例如加入原料這樣的方法呢？最後乙個方法是加糖和牛奶或者加檸檬，是否也可以合併成乙個方法，例如加入輔料這樣的方法呢？這樣我們可以將準備飲品的所有的步驟都抽象到父類中了，父類可以直接定義乙個不可變的準備飲品方法，在這個方法中定義一系列的步驟，子類無需實現這個方法，需要準備飲品時直接呼叫父類的方法即可，但是子類可以自行實現其中的一些步驟，這樣可以滿足自己的特殊需求。我們可以通過模板方法模式來實現需求。

我們修改父類的定義：

public
abstract
class
caffeinebeverage
}public
void
boilwater()
public
void
pourincup()
public
abstract
void
brew()
;public
abstract
void
addcondiments()
;public
boolean
customerwantscondiments()
}

我們先看一下這個類的定義，我們首先定義了乙個準備飲品的方法preparerecipe()，這個方法中呼叫了準備飲品的一系列步驟，同時我們將preparerecipe()方法定義為final，這樣子類就不能覆蓋這個方法了。然後我們在父類中定義了所有準備飲品的步驟，這些步驟有些是已經實現了的，有些步驟未實現，未實現的步驟可由子類自行實現。另外，我們還定義了乙個方法customerwantscondiments()，這個方法返回的是乙個布林值，在這個類中我們將這個方法的返回定義為恆定的值true，這個方法的使用我們會在後續進行詳細說明。

接下來我們定義咖啡類和茶類：

/**咖啡類*/
public
class
coffee
extends
caffeinebeverage
@override
public
void
addcondiments()
public
boolean
customerwantscondiments()
else
}private string getuserinput()
catch
(ioexception e)
if(answer == null)
return answer;}}
//---------------------------------
/**茶類*/
public
class
teaextends
caffeinebeverage
@override
public
void
addcondiments()
}

可以看到，咖啡類和茶類都實現了brew()方法和addcondiments()方法，但是咖啡類還重寫了customerwantscondiments()方法，這個方法用於根據使用者輸入判斷是否需要新增輔料，根據父類中的步驟定義，只有使用者需要新增輔料的時候才會呼叫新增輔料方法，但是茶類中並沒有重寫這個方法，也就是說，茶類使用的是父類定義的customerwantscondiments()方法，也就是永遠返回true，這樣一來，茶類在準備飲品的時候會一直新增檸檬。在模板方法模式中，customerwantscondiments()這樣的方法被稱為鉤子，它在父類定義中通常什麼都不做，或者有乙個預設的實現，子類可以覆蓋這個方法，也可以不覆蓋。

在模板方法模式中，我們將需要子類實現的步驟定義為抽象方法，鉤子也是需要子類實現的，那麼我們什麼時候使用抽象方法什麼時候使用鉤子呢？當子類必須要實現演算法中某個步驟的時候，就可以使用抽象方法，當某個步驟是可選的，那麼就可以使用鉤子。

那麼我們為什麼要使用鉤子呢？鉤子可以讓子類實現演算法中的可選部分，同時鉤子能讓子類有機會對模板方法中某些即將發生的（或剛剛發生的）步驟做出反應，另外，鉤子也讓子類有能力為其抽象類做出一些決定，就像我們上面示例中，我們通過鉤子來讓使用者決定是否需要新增輔料。

最後，我們來看一下模板方法模式的類圖（類圖摘自《head first設計模式》）：

父類中包含了乙個模板方法，這個模板方法實現了演算法的過程，但是演算法的步驟父類並沒有全部實現，可以由子類來實現乙個或多個步驟。

模板方法模式定義了演算法的步驟，並將這些步驟的實現延遲到了子類，它為我們提供了乙個**復用的重要技巧。在模板方法模式的抽象類中，我們可以定義具體方法、抽象方法和鉤子，其中抽象方法需要由子類實現，子類可以選擇修改或者不修改鉤子。模板方法模式在實際中應用很多，而且很多時候我們會遇到模板方法的變體，這就需要我們自己有能力進行分析辨別。

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