游牧学院

4.10 策略模式（Strategy）
5.1 设计模式的组合使用

行为型设计模式：模板方法模式（Template Method）

1. 概述

模板方法模式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。通过这种方式，模板方法模式允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些特定步骤。该模式通常用于需要在多个类中共享相同的算法结构，但又希望允许子类提供具体实现的场景。

1.1 主要角色

  • 抽象类（Abstract Class）：定义了一个模板方法，包含算法的骨架，并且可能包含一些抽象方法和具体方法。
  • 具体类（Concrete Class）：实现抽象类中定义的抽象方法，提供具体的实现。

1.2 UML 类图

+-------------------+
|   AbstractClass   |
+-------------------+
| + templateMethod()|
| + primitiveOperation1() |
| + primitiveOperation2() |
+-------------------+
          ^
          |
+-------------------+
|   ConcreteClassA  |
+-------------------+
| + primitiveOperation1() |
| + primitiveOperation2() |
+-------------------+
          ^
          |
+-------------------+
|   ConcreteClassB  |
+-------------------+
| + primitiveOperation1() |
| + primitiveOperation2() |
+-------------------+

2. 模板方法模式的实现

2.1 示例代码

下面是一个简单的示例，展示了如何使用模板方法模式来实现一个制作饮料的过程。

from abc import ABC, abstractmethod

class Beverage(ABC):
    def prepare_recipe(self):
        self.boil_water()
        self.brew()
        self.pour_in_cup()
        self.add_condiments()

    @abstractmethod
    def brew(self):
        pass

    @abstractmethod
    def add_condiments(self):
        pass

    def boil_water(self):
        print("Boiling water")

    def pour_in_cup(self):
        print("Pouring into cup")

class Tea(Beverage):
    def brew(self):
        print("Steeping the tea")

    def add_condiments(self):
        print("Adding lemon")

class Coffee(Beverage):
    def brew(self):
        print("Dripping coffee through filter")

    def add_condiments(self):
        print("Adding sugar and milk")

# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    tea = Tea()
    tea.prepare_recipe()
    
    print("\n")
    
    coffee = Coffee()
    coffee.prepare_recipe()

2.2 代码解析

  1. 抽象类 Beverage：定义了一个模板方法 prepare_recipe()，它包含了制作饮料的步骤。该类还定义了两个抽象方法 brew() 和 add_condiments()，这些方法将在子类中实现。
  2. 具体类 Tea 和 Coffee：分别实现了 brew() 和 add_condiments() 方法，提供了具体的饮料制作过程。
  3. 客户端代码：创建了 Tea 和 Coffee 的实例，并调用 prepare_recipe() 方法，展示了制作饮料的完整过程。

3. 优点与缺点

3.1 优点

  1. 代码复用：模板方法模式通过将算法的骨架放在抽象类中，允许子类复用相同的代码，减少了重复代码。
  2. 控制反转：模板方法模式将控制权从子类转移到父类，父类定义了算法的结构，子类只需实现特定的步骤。
  3. 易于扩展：添加新的子类时，只需实现抽象方法，而不需要修改已有的代码，符合开闭原则。

3.2 缺点

  1. 类的数量增加：使用模板方法模式可能会导致类的数量增加，尤其是在需要实现多个具体类时。
  2. 灵活性降低：由于模板方法模式固定了算法的结构，可能会限制子类的灵活性，无法自由组合算法的步骤。

4. 注意事项

  1. 抽象方法的设计：在设计抽象方法时，应确保它们具有清晰的职责，避免过于复杂的实现。
  2. 模板方法的命名：模板方法的命名应清晰明了，能够准确描述算法的过程。
  3. 避免过度使用：在不需要共享算法结构的情况下，过度使用模板方法模式可能会导致代码复杂性增加。

5. 适用场景

  • 当一个算法的结构稳定，但某些步骤可能会变化时。
  • 当多个类中有相似的算法时，可以使用模板方法模式来提取公共部分。
  • 当需要控制算法的执行顺序时，模板方法模式提供了一种清晰的方式来实现。

6. 总结

模板方法模式是一种强大的设计模式，它通过定义算法的骨架，允许子类实现特定的步骤，从而实现代码复用和灵活性。尽管它有一些缺点，但在适当的场景下，模板方法模式能够显著提高代码的可维护性和可扩展性。在实际开发中，合理运用模板方法模式，可以帮助我们更好地组织和管理代码。

4.10 策略模式（Strategy）
5.1 设计模式的组合使用