模板方法模式通过在基类中定义算法骨架，将可变步骤延迟到子类实现，确保流程不变的同时支持扩展。
在C++中，模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。
算法骨架的定义
模板方法模式的核心是“算法骨架”，它通常是一个在基类中定义的公共方法（通常是protected 或 public 的虚函数或非虚函数），该方法调用一系列抽象或具体的操作来完成整个流程。
这个骨架方法本身不能被子类重写，以保证算法的整体结构不变，但其中调用的某些步骤可以由子类实现或扩展。
典型结构包括：
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- 模板方法（Template Method）：定义算法骨架，包含对基本方法的调用顺序。
- 抽象操作（Abstract Operations）：在基类中声明，由子类实现。
- 具体操作（Concrete Operations）：在基类中实现，可被子类使用或覆盖（视是否为虚函数而定）。
- 钩子方法（Hook Methods）：可选的虚函数，提供默认实现，子类可根据需要选择性地覆盖。
代码示例：制作饮品的算法骨架
以下是一个简单的C++示例，展示如何使用模板方法定义一个算法骨架：
#include <iostream>
class Beverage {
public:
// 模板方法：定义算法骨架
void prepare() {
boilWater();
brew();
pourInCup();
if (customerWantsCondiments()) { // 钩子方法控制流程
addCondiments();
}
}
protected:
void boilWater() {
std::cout << "将水煮沸\n";
}
void pourInCup() {
std::cout << "倒入杯中\n";
}
// 抽象方法，由子类实现
virtual void brew() = 0;
virtual void addCondiments() = 0;
// 钩子方法：提供默认行为，子类可覆盖
virtual bool customerWantsCondiments() {
return true;
}
};
class Coffee : public Beverage {
protected:
void brew() override {
std::cout << "用热水冲泡咖啡\n";
}
void addCondiments() override {
std::cout << "加入糖和牛奶\n";
}
bool customerWantsCondiments() override {
return false; // 咖啡不加调料
}
};
class Tea : public Beverage {
protected:
void brew() override {
std::cout << "泡茶包\n";
}
void addCondiments() override {
std::cout << "加入柠檬\n";
}
};
关键设计要点
使用模板方法模式定义算法骨架时，需注意以下几点：
- 模板方法应声明为 非虚函数，防止子类修改算法流程。
- 将可变步骤声明为 虚函数或纯虚函数，交给子类实现。
- 使用钩子方法实现条件逻辑，避免将控制逻辑暴露给子类。
- 基类中尽可能提供默认实现，增强代码复用性。
基本上就这些。模板方法模式通过封装不变部分、扩展可变部分，实现了代码复用和灵活性的平衡。C++中借助虚函数和继承机制，能自然地支持这种设计。关键是把“算法流程”固定下来，把“具体实现”延迟到子类。不复杂但容易忽略细节。
