C++ 模板方法模式详解

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为操持模式，它在父类中定义算法的框架，而将一些步调的详细实现延迟到子类中，使得子类可以不改变算法布局的情况下重定义某些特定步调。
核心概念

操持原则

模板方法模式遵照以下操持原则：

•         好莱坞原则："不要调用我们，我们会调用你" - 父类控制流程，子类提供实现
  
•         开闭原则：对扩展开放（通过子类化），对修改关闭（不修改算法布局）
  
•         单一职责原则：将可变部分分离到差别方法中
  

主要长处

•         代码复用：将公共行为放在父类中
  
•         反向控制：父类控制流程，子类提供细节
  
•         机动性：可以覆盖特定步调而不改变布局
  
•         扩展性：容易添加新的详细实现
  

模式布局

主要组件

•         AbstractClass（抽象类）
  
  
  
  •                 定义模板方法和抽象的根本操纵
    
  •                 模板方法调用根本操纵完成算法
    
         
  
•         ConcreteClass（详细类）
  
  
  
  •                 实现抽象类定义的根本操纵
    
  •                 可以覆盖某些默认实现
    
         
  

完整代码示例

2. #include <iostream>
3. #include <memory>
4. #include <string>
6. // ==================== 抽象类 ====================
7. class DataProcessor {
8. protected:
9.     // 基本操作 - 由子类实现
10.     virtual void readData() = 0;
11.     virtual void processData() = 0;
12.     virtual void writeData() = 0;
13.    
14.     // 钩子方法 - 可选覆盖
15.     virtual bool shouldValidate() const { return true; }
16.     virtual void validateData() {
17.         std::cout << "默认数据验证..." << std::endl;
18.     }
19.    
20.     // 具体方法 - 公共实现
21.     void openConnection() {
22.         std::cout << "打开数据库连接..." << std::endl;
23.     }
24.    
25.     void closeConnection() {
26.         std::cout << "关闭数据库连接..." << std::endl;
27.     }
28.    
29. public:
30.     // 模板方法 - 定义算法框架
31.     void process() {
32.         openConnection();
33.         
34.         readData();
35.         
36.         if (shouldValidate()) {
37.             validateData();
38.         }
39.         
40.         processData();
41.         writeData();
42.         
43.         closeConnection();
44.     }
45.    
46.     virtual ~DataProcessor() = default;
47. };
49. // ==================== 具体类 ====================
50. class CsvDataProcessor : public DataProcessor {
51. protected:
52.     void readData() override {
53.         std::cout << "从CSV文件读取数据..." << std::endl;
54.     }
55.    
56.     void processData() override {
57.         std::cout << "处理CSV数据..." << std::endl;
58.     }
59.    
60.     void writeData() override {
61.         std::cout << "将处理结果写入CSV文件..." << std::endl;
62.     }
63.    
64.     bool shouldValidate() const override {
65.         return false; // CSV数据不需要验证
66.     }
67. };
69. class DatabaseDataProcessor : public DataProcessor {
70. protected:
71.     void readData() override {
72.         std::cout << "从数据库读取数据..." << std::endl;
73.     }
74.    
75.     void processData() override {
76.         std::cout << "处理数据库数据..." << std::endl;
77.     }
78.    
79.     void writeData() override {
80.         std::cout << "将处理结果写入数据库..." << std::endl;
81.     }
82.    
83.     void validateData() override {
84.         std::cout << "执行严格的数据验证..." << std::endl;
85.     }
86. };
88. class ApiDataProcessor : public DataProcessor {
89. protected:
90.     void readData() override {
91.         std::cout << "从API获取数据..." << std::endl;
92.     }
93.    
94.     void processData() override {
95.         std::cout << "处理API数据..." << std::endl;
96.     }
97.    
98.     void writeData() override {
99.         std::cout << "将处理结果通过API发送..." << std::endl;
100.     }
101.    
102.     bool shouldValidate() const override {
103.         return true;
104.     }
105.    
106.     void openConnection() { // 覆盖具体方法
107.         std::cout << "初始化API连接..." << std::endl;
108.     }
109.    
110.     void closeConnection() { // 覆盖具体方法
111.         std::cout << "终止API连接..." << std::endl;
112.     }
113. };
115. // ==================== 客户端代码 ====================
116. int main() {
117.     std::cout << "=== 模板方法模式演示: 数据处理流程 ===" << std::endl;
118.    
119.     std::cout << "\n处理CSV数据:" << std::endl;
120.     CsvDataProcessor csvProcessor;
121.     csvProcessor.process();
122.    
123.     std::cout << "\n处理数据库数据:" << std::endl;
124.     DatabaseDataProcessor dbProcessor;
125.     dbProcessor.process();
126.    
127.     std::cout << "\n处理API数据:" << std::endl;
128.     ApiDataProcessor apiProcessor;
129.     apiProcessor.process();
130.    
131.     return 0;
132. }

复制代码

模式变体

1. 使用钩子方法

2. class DocumentExporter {
3. protected:
4.     virtual void prepareData() = 0;
5.     virtual void generateFile() = 0;
6.    
7.     // 钩子方法 - 可选步骤
8.     virtual bool shouldCompress() const { return false; }
9.     virtual void compressFile() {
10.         std::cout << "使用默认压缩算法压缩文件..." << std::endl;
11.     }
12.    
13. public:
14.     void exportDocument() {
15.         prepareData();
16.         generateFile();
17.         
18.         if (shouldCompress()) {
19.             compressFile();
20.         }
21.     }
22. };

复制代码

2. 模板方法与战略模式结合

2. // 策略接口
3. class ValidationStrategy {
4. public:
5.     virtual void validate() = 0;
6.     virtual ~ValidationStrategy() = default;
7. };
9. // 模板方法抽象类
10. class ReportGenerator {
11.     std::unique_ptr<ValidationStrategy> validationStrategy_;
12.    
13. protected:
14.     virtual void fetchData() = 0;
15.     virtual void formatReport() = 0;
16.    
17.     void validateData() {
18.         if (validationStrategy_) {
19.             validationStrategy_->validate();
20.         }
21.     }
22.    
23. public:
24.     void setValidationStrategy(std::unique_ptr<ValidationStrategy> strategy) {
25.         validationStrategy_ = std::move(strategy);
26.     }
27.    
28.     void generate() {
29.         fetchData();
30.         validateData();
31.         formatReport();
32.     }
33. };

复制代码

实际应用场景

•         框架操持：定义算法框架，允许用户自定义部分步调
  
•         数据处置惩罚流程：如示例中的数据读取-处置惩罚-写入流程
  
•         游戏开发：游戏循环的固定流程
  
•         编译器：编译流程中的固定步调
  
•         测试框架：测试用例的执行流程
  

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