詳解設計模式中的模板方法模式及在C++中的使用

模板方法模式是設計模式行為型中最簡單的一種設計模式。在實際中你甚至可能經常用到，只是你自己不知道它是一種設計模式罷了。
模板方法模式定義一個操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。模板方法使得子類可以不改變一個算法的結構即可重定義該算法的某些特定步驟。
角色：
抽象類（AbstractClass）: 定義抽象的原語操作，具體的子類將重定義它們以實現一個算法，實現一個模板方法,定義一個算法的骨架。該模板方法不僅調用原語操作，也調用定義
具體子類（ConcreteClass）: 實現原語操作以完成算法中與特定子類相關的步驟。
UML圖：

設計模式中,模板方法模式,C++

示例：假如你是一個老師，現在你要給你的學生出一份期末考試試卷。你班上有幾十個學生，你將考慮如何為設計考試卷。
經分析顯然學生的試卷大部分類容都是一致的，唯一不一致的是姓名和答案。老師設計好試卷，只需要把試卷交個學生填寫答案即可。學生不需要把題目照抄一份。
所以我們需要把試卷抽象成基類，并且給學生留下填寫答案以及姓名的地方。

class TestPaper { public:   void DoTestPaper(){     StudentName();     TestTitleOne();     TestTitleTwo();   };    void TestTitleOne(){     cout<<"題目一：X國的房價會降下來么？"<<endl;     AnswerOne();   }    void TestTitleTwo(){     cout<<"題目二：說說你的新聞聯播的看法？"<<endl;     AnswerTwo();   }    virtual void AnswerOne() = 0;   virtual void AnswerTwo() = 0;   virtual void StudentName() = 0; };

顯然，上面 AnswerOne, AnserTwo，StudentName 就是學生答題的地方，學生不需要把題目也抄下來。只需要實現我們的這三個方法就可以了。
例如：小紅的試卷

class XiaoHongTestPaper : public TestPaper { public:   void StudentName(){     cout<<"姓名：小紅"<<endl;   }   void AnswerOne(){     cout<<"答：相信X,相信國家，明年一定降下來。"<<endl<<endl;   }   void AnswerTwo(){     cout<<"答：新聞聯播是我最喜歡的節目啊。"<<endl<<endl;   } };

小張的試卷：

class XiaoZhangTestPaper : public TestPaper { public:   void StudentName(){     cout<<"姓名：小張"<<endl;   }   void AnswerOne(){     cout<<"答：呵呵，還是去做你的X國夢吧。"<<endl<<endl;   }   void AnswerTwo(){     cout<<"答：我很幸福"<<endl<<endl;   } };

客戶端：

int main(int argc, char* argv[]) {   XiaoHongTestPaper paper1;   paper1.DoTestPaper();    XiaoZhangTestPaper paper2;   paper2.DoTestPaper();    system("pause");   return 0; }

關于模板方法的討論

模板方法模式是很簡單模式，但是也應用很廣的模式。如上面的分析和實現中闡明的模板方法是采用繼承的方式實現算法的異構，其關鍵點就是將通用算法封裝在抽象基類中，并將不同的算法細節放到子類中實現。

模板方法模式獲得一種反向控制結構效果，這也是面向對象系統的分析和設計中一個原則 DIP（依賴倒置：Dependency Inversion Principles）。其含義就是父類調用子類的操作（高層模塊調用低層模塊的操作），低層模塊實現高層模塊聲明的接口。這樣控制權在父類（高層模塊），低層模塊反而要依賴高層模塊。

繼承的強制性約束關系也讓模板方法模式有不足的地方，我們可以看到對于ConcreteClass 類中的實現的原語方法 Primitive1()，是不能被別的類復用。假設我們要創建一個 AbstractClass 的變體 AnotherAbstractClass，并且兩者只是通用算法不一樣，其原語操作想復用 AbstractClass 的子類的實現。但是這是不可能實現的，因為 ConcreteClass 繼承自AbstractClass，也就繼承了 AbstractClass 的通用算法，AnotherAbstractClass 是復用不了ConcreteClass 的實現，因為后者不是繼承自前者。

模板方法模式暴露的問題也正是繼承所固有的問題，策略模式則通過組合（委托）來達到和模板方法模式類似的效果，其代價就是空間和時間上的代價，關于策略模式的詳細討論請參考 Strategy 模式解析。