设计模式一： 模板方法模式 (Template Method Pattern)

模板方法模式是一种行为设计模式，它通过定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。Template Method 使得子类可以不改变（复用）一个算法结构 即可重定义（override 重写）该算法的某些特定步骤。

基本结构

// 抽象类定义模板方法和基本操作
class AbstractClass {
public:
    // 模板方法，定义算法骨架（通常声明为final防止子类覆盖）
    void templateMethod() const {
        this->baseOperation1();
        this->requiredOperation1();
        this->baseOperation2();
        this->requiredOperation2();
    }

    // 基类中已实现的操作
    void baseOperation1() const {
        std::cout << "AbstractClass: 执行基础操作1\n";
    }

    void baseOperation2() const {
        std::cout << "AbstractClass: 执行基础操作2\n";
    }

    // 需要子类实现的纯虚函数
    virtual void requiredOperation1() const = 0;
    virtual void requiredOperation2() const = 0;

    // 虚析构函数
    virtual ~AbstractClass() = default;
};

开发人员只需继承AbstractClass  重写其中的虚函数然后调用templateMethod()即可

/ 具体实现类1
class ConcreteClass1 : public AbstractClass {
public:
    void requiredOperation1() const override {
        std::cout << "ConcreteClass1: 实现操作1\n";
    }

    void requiredOperation2() const override {
        std::cout << "ConcreteClass1: 实现操作2\n";
    }
};

// 具体实现类2（带钩子方法覆盖）
class ConcreteClass2 : public AbstractClass {
public:
    void requiredOperation1() const override {
        std::cout << "ConcreteClass2: 实现操作1\n";
    }

    void requiredOperation2() const override {
        std::cout << "ConcreteClass2: 实现操作2\n";
    }

    void hook() const override {
        std::cout << "ConcreteClass2: 覆盖钩子方法\n";
    }
};

具体调用

int main() {
    std::cout << "同一客户端代码可以处理不同子类:\n";
    AbstractClass *concreteClass1 = new ConcreteClass1();
    concreteClass1->templateMethod();

    std::cout << "\n同一客户端代码可以处理不同子类:\n";
    AbstractClass *concreteClass2 = new  ConcreteClass2();
    concreteClass2->templateMethod();
    return 0;
}

uml图

应用场景

1. 框架设计：定义框架的流程，允许用户自定义特定步骤

2. 算法骨架固定：当多个类有相似算法但实现细节不同时

3. 代码复用：将公共行为提取到父类中

4. 控制子类扩展：限制子类只能修改算法的特定部分

优点

1. 提高代码复用性，避免重复代码

2. 良好的扩展性，符合开闭原则

3. 便于维护，算法修改只需在父类中进行

4. 反向控制结构，父类控制整体流程

缺点

1. 每个不同的实现都需要一个子类，可能导致类数量增加

2. 通过继承实现，可能违反组合优于继承的原则

3. 父类与子类之间紧密耦合

实际应用示例

1. STL中的分配器(allocator)：定义内存分配算法框架

2. GUI框架：如窗口显示流程固定，具体绘制由子类实现

3. 单元测试框架：定义测试流程(setUp, test, tearDown)

4. 编译器设计：编译流程固定，具体语法分析等步骤可变