【模板方法设计模式详解】C/Java/JS/Go/Python/TS不同语言实现

简介

模板方法模式（Template Method Pattern）也叫模板模式，是一种行为型模式。它定义了一个抽象公开类，包含基本的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中，模板方法使得子类可以不改变算法的结构，只是重定义该算法的某些特定步骤。不同的子类以不同的方式实现这些抽象方法，从而对剩余的逻辑有不同的实现。以此基于公共的模板，来实现实现不同的功能。
模板模式适用于一些复杂操作进行步骤分割、抽取公共部分由抽象父类实现、将不同的部分在父类中定义抽象实现、而将具体实现过程由子类完成。对于有多个子类具有共有的方法，且逻辑相同，可以考虑作为模板方法。
作用

• 相同的部分父类给出统一的模板，子类大量复用，从而节省代码，复用逻辑。
  
• 封装不变部分，扩展可变部分，行为由父类控制，子类灵活实现，便于维护和扩展。
  

实现步骤

• 创建一个抽象的模板类，定义基本流程，同时定义一些基本方法供子类去实现。
  
• 创建多个子类继承抽象模板，覆盖父类的相关动作和方法。
  

UML

 

template-pattern.pngJava代码

抽象模板类

1. // GameTemplate.java 定义抽象模板类，有抽象方法和具体方法
2. public abstract class GameTemplate {
4.    // 抽象方法待子类来实现
5.    abstract void init();
7.    abstract void start();
9.    abstract void end();
11.    // 可复用的算法流程
12.    public void play() {
14.       System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + "::play()");
16.       // 初始化游戏
17.       init();
19.       // 开始游戏
20.       start();
22.       // 结束游戏
23.       end();
24.    }
26. }

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具体业务类，继承抽象模板

1. // Basketball.java  定义子类覆写父类抽象方法
2. public class Basketball extends GameTemplate {
4.    @Override
5.    void init() {
6.       System.out.println("Basketball::init() [Basketball Game Initialized! Start playing.]");
7.    }
9.    @Override
10.    void start() {
11.       System.out.println("Basketball::start() [Basketball Game Started. Enjoy the game!]");
12.    }
14.    @Override
15.    void end() {
16.       System.out.println("Basketball::end() [Basketball Game Finished!]");
17.    }
19. }

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1. // Football.java 定义子类覆写父类抽象方法
2. public class Football extends GameTemplate {
4.    @Override
5.    void init() {
6.       System.out.println("Football::init() [Football Game Initialized! Start playing.]");
7.    }
9.    @Override
10.    void start() {
11.       System.out.println("Football::start() [Football Game Started. Enjoy the game!]");
12.    }
14.    @Override
15.    void end() {
16.       System.out.println("Football::end() [Football Game Finished!]");
17.    }
19. }

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1. // Tennis.java 定义子类覆写父类抽象方法
2. public class Tennis extends GameTemplate {
4.    @Override
5.    void init() {
6.       System.out.println("Tennis::init() [Tennis Game Initialized! Start playing.]");
7.    }
9.    @Override
10.    void start() {
11.       System.out.println("Tennis::start() [Tennis Game Started. Enjoy the game!]");
12.    }
14.    @Override
15.    void end() {
16.       System.out.println("Tennis::end() [Tennis Game Finished!]");
17.    }
19.    // 在调用父类play之前，如果要执行自己的行为，也可以覆盖父类方法
20.    // 先执行自己的，再调用父类的方法
21.    @Override
22.    public void play() {
23.       System.out.println("Tennis::play() [Tennis Game play!]");
24.       super.play();
25.    }
26. }

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测试调用

1.     /**
2.      * 模板方法模式就是当子类具备类似行为的时候，让子类共用一套流程
3.      * 创建一个公共模板，确定公用流程和操作动作，子类覆盖具体的动作
4.      */
5.     GameTemplate football = new Football();
6.     football.play();
8.     System.out.println("===");
9.     GameTemplate basketball = new Basketball();
10.     basketball.play();
12.     System.out.println("===");
13.     GameTemplate tennis = new Tennis();
14.     tennis.play();

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C语言代码

头文件

// func.h

1. #include <stdio.h>
2. #include <ctype.h>
3. #include <stdlib.h>
4. #include <stdbool.h>
5. #include <string.h>
7. typedef struct GameTemplate GameTemplate;
8. typedef struct Football Football;
9. typedef struct Basketball Basketball;
10. typedef struct Tennis Tennis;
12. // 定义抽象模板，包括各种动作和公共流程
13. typedef struct GameTemplate
14. {
15.   char name[50];
16.   void (*init)(GameTemplate *game);
17.   void (*start)(GameTemplate *game);
18.   void (*end)(GameTemplate *game);
19.   void (*play)(GameTemplate *game);
20. } GameTemplate;
21. void template_play(GameTemplate *game);
22. GameTemplate *game_template_constructor(char *name);
24. // 定义子类覆写父类抽象方法
25. typedef struct Football
26. {
27.   char name[50];
28.   void (*init)(Football *game);
29.   void (*start)(Football *game);
30.   void (*end)(Football *game);
31.   void (*play)(Football *game);
32. } Football;
33. Football *football_constructor(char *name);
35. // 定义子类覆写父类抽象方法
36. typedef struct Basketball
37. {
38.   char name[50];
39.   void (*init)(Basketball *game);
40.   void (*start)(Basketball *game);
41.   void (*end)(Basketball *game);
42.   void (*play)(Basketball *game);
43. } Basketball;
44. Basketball *basketball_constructor(char *name);
46. // 定义子类覆写父类抽象方法
47. typedef struct Tennis
48. {
49.   char name[50];
50.   void (*init)(Tennis *game);
51.   void (*start)(Tennis *game);
52.   void (*end)(Tennis *game);
53.   void (*play)(Tennis *game);
54. } Tennis;
55. Tennis *tennis_constructor(char *name);

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抽象模板类

1. // game_template.c 定义抽象模板类，有抽象方法和具体方法
2. #include "func.h"
4. // 定义抽象模板类的公共部分，这里用struct替代
6. // 抽象方法待子类来实现
7. void template_init(GameTemplate *game) {}
8. void template_start(GameTemplate *game)
9. {
10.   printf("\r\n GameTemplate::start() [GameTemplate Initialized! Start playing.]");
11. }
12. void template_end(GameTemplate *game) {}
14. // 可复用的算法流程
15. void template_play(GameTemplate *game)
16. {
17.   printf("\r\n GameTemplate::play() [name=%s]", game->name);
19.   // 初始化游戏
20.   game->init(game);
22.   // 开始游戏
23.   game->start(game);
25.   // 结束游戏
26.   game->end(game);
27. }
29. GameTemplate *game_template_constructor(char *name)
30. {
31.   // printf("\r\n game_template_constructor() [构建GameTemplate]");
32.   GameTemplate *game = (GameTemplate *)malloc(sizeof(GameTemplate));
33.   strcpy(game->name, name);
34.   game->init = &template_init;
35.   game->start = &template_start;
36.   game->end = &template_end;
37.   game->play = &template_play;
38.   return game;
39. }

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具体业务类，继承抽象模板

1. // basketball.c  定义子类覆写父类抽象方法
2. #include "func.h"
4. // 定义子类覆写父类抽象方法
5. void basketball_init(Basketball *game)
6. {
7.   printf("\r\n Basketball::init() [Basketball Game Initialized! Start playing.]");
8. }
10. void basketball_start(Basketball *game)
11. {
12.   printf("\r\n Basketball::start() [Basketball Game Started. Enjoy the game!]");
13. }
15. void basketball_end(Basketball *game)
16. {
17.   printf("\r\n Basketball::end() [Basketball Game Finished!]");
18. }
20. Basketball *basketball_constructor(char *name)
21. {
22.   printf("\r\n basketball_constructor() [构建Basketball]");
23.   GameTemplate *template = game_template_constructor(name);
24.   Basketball *game = (Basketball *)template;
25.   game->init = &basketball_init;
26.   // 如果不覆盖则使用基类的函数
27.   // game->start = &basketball_start;
28.   game->end = &basketball_end;
29.   return game;
30. }

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1. // football.c 定义子类覆写父类抽象方法
2. #include "func.h"
4. // 定义子类覆写父类抽象方法
5. void football_init(Football *game)
6. {
7.   printf("\r\n Football::init() [Football Game Initialized! Start playing.]");
8. }
10. void football_start(Football *game)
11. {
12.   printf("\r\n Football::start() [Football Game Started. Enjoy the game!]");
13. }
15. void football_end(Football *game)
16. {
17.   printf("\r\n Football::end() [Football Game Finished!]");
18. }
20. Football *football_constructor(char *name)
21. {
22.   printf("\r\n football_constructor() [构建Football]");
23.   GameTemplate *template = game_template_constructor(name);
24.   Football *game = (Football *)template;
25.   game->init = &football_init;
26.   game->start = &football_start;
27.   game->end = &football_end;
28.   return game;
29. }

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1. // tennis.c 定义子类覆写父类抽象方法
2. #include "func.h"
4. // 定义子类覆写父类抽象方法
5. void tennis_init(Tennis *game)
6. {
7.   printf("\r\n Tennis::init() [Tennis Game Initialized! Start playing.]");
8. }
10. void tennis_start(Tennis *game)
11. {
12.   printf("\r\n Tennis::start() [Tennis Game Started. Enjoy the game!]");
13. }
15. void tennis_end(Tennis *game)
16. {
17.   printf("\r\n Tennis::end() [Tennis Game Finished!]");
18. }
20. // 在调用父类play之前，如果要执行自己的行为，也可以覆盖父类方法
21. void tennis_play(Tennis *game)
22. {
23.   // 先执行自己的内容，再调用基类的函数
24.   printf("\r\n Tennis::play() [Tennis Game Play!]");
25.   template_play((GameTemplate *)game);
26. }
28. Tennis *tennis_constructor(char *name)
29. {
30.   printf("\r\n tennis_constructor() [构建Tennis]");
31.   GameTemplate *template = game_template_constructor(name);
32.   Tennis *game = (Tennis *)template;
33.   game->init = &tennis_init;
34.   game->start = &tennis_start;
35.   game->end = &tennis_end;
36.   game->play = &tennis_play;
37.   return game;
38. }

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测试调用

1. #include "../src/func.h"
3. int main(void)
4. {
5.   printf("test start:\r\n");
6.   /**
7.    * 模板方法模式就是当子类具备类似行为的时候，让子类共用一套流程
8.    * 创建一个公共模板，确定公用流程和操作动作，子类覆盖具体的动作
9.    */
10.   Football *football = football_constructor("football");
11.   football->play(football);
13.   printf("\r\n ===");
14.   Basketball *basketball = basketball_constructor("basketball");
15.   basketball->play(basketball);
17.   printf("\r\n ===");
18.   Tennis *tennis = tennis_constructor("basketball");
19.   tennis->play(tennis);
20. }

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更多语言版本

不同语言设计模式源码：https://github.com/microwind/design-pattern

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