【模板方法設計模式詳解】C/Java/JS/Go/Python/TS不同語言實現

来源:https://www.cnblogs.com/letjs/archive/2023/04/29/17364548.html
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簡介 模板方法模式（Template Method Pattern）也叫模板模式，是一種行為型模式。它定義了一個抽象公開類，包含基本的演算法骨架，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演算法的結構，只是重定義該演算法的某些特定步驟。不同的子類以不同的方式實現這些抽象方法，從而對剩餘的邏輯有不 ...


簡介

模板方法模式（Template Method Pattern）也叫模板模式，是一種行為型模式。它定義了一個抽象公開類，包含基本的演算法骨架，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演算法的結構，只是重定義該演算法的某些特定步驟。不同的子類以不同的方式實現這些抽象方法，從而對剩餘的邏輯有不同的實現。以此基於公共的模板，來實現實現不同的功能。

模板模式適用於一些複雜操作進行步驟分割、抽取公共部分由抽象父類實現、將不同的部分在父類中定義抽象實現、而將具體實現過程由子類完成。對於有多個子類具有共有的方法，且邏輯相同，可以考慮作為模板方法。

作用

  1. 相同的部分父類給出統一的模板，子類大量復用，從而節省代碼，復用邏輯。
  2. 封裝不變部分，擴展可變部分，行為由父類控制，子類靈活實現，便於維護和擴展。

實現步驟

  1. 創建一個抽象的模板類，定義基本流程，同時定義一些基本方法供子類去實現。
  2. 創建多個子類繼承抽象模板，覆蓋父類的相關動作和方法。

UML

  template-pattern.png

Java代碼

抽象模板類

// GameTemplate.java 定義抽象模板類，有抽象方法和具體方法
public abstract class GameTemplate {

   // 抽象方法待子類來實現
   abstract void init();

   abstract void start();

   abstract void end();

   // 可復用的演算法流程
   public void play() {

      System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + "::play()");

      // 初始化游戲
      init();

      // 開始游戲
      start();

      // 結束游戲
      end();
   }

}

具體業務類，繼承抽象模板

// Basketball.java  定義子類覆寫父類抽象方法
public class Basketball extends GameTemplate {

   @Override
   void init() {
      System.out.println("Basketball::init() [Basketball Game Initialized! Start playing.]");
   }

   @Override
   void start() {
      System.out.println("Basketball::start() [Basketball Game Started. Enjoy the game!]");
   }

   @Override
   void end() {
      System.out.println("Basketball::end() [Basketball Game Finished!]");
   }

}

// Football.java 定義子類覆寫父類抽象方法
public class Football extends GameTemplate {

   @Override
   void init() {
      System.out.println("Football::init() [Football Game Initialized! Start playing.]");
   }

   @Override
   void start() {
      System.out.println("Football::start() [Football Game Started. Enjoy the game!]");
   }

   @Override
   void end() {
      System.out.println("Football::end() [Football Game Finished!]");
   }

}

// Tennis.java 定義子類覆寫父類抽象方法
public class Tennis extends GameTemplate {

   @Override
   void init() {
      System.out.println("Tennis::init() [Tennis Game Initialized! Start playing.]");
   }

   @Override
   void start() {
      System.out.println("Tennis::start() [Tennis Game Started. Enjoy the game!]");
   }

   @Override
   void end() {
      System.out.println("Tennis::end() [Tennis Game Finished!]");
   }

   // 在調用父類play之前，如果要執行自己的行為，也可以覆蓋父類方法
   // 先執行自己的，再調用父類的方法
   @Override
   public void play() {
      System.out.println("Tennis::play() [Tennis Game play!]");
      super.play();
   }
}

測試調用

    /**
     * 模板方法模式就是當子類具備類似行為的時候，讓子類共用一套流程
     * 創建一個公共模板，確定公用流程和操作動作，子類覆蓋具體的動作
     */
    GameTemplate football = new Football();
    football.play();

    System.out.println("===");
    GameTemplate basketball = new Basketball();
    basketball.play();

    System.out.println("===");
    GameTemplate tennis = new Tennis();
    tennis.play();

C語言代碼

頭文件

// func.h

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <string.h>

typedef struct GameTemplate GameTemplate;
typedef struct Football Football;
typedef struct Basketball Basketball;
typedef struct Tennis Tennis;

// 定義抽象模板，包括各種動作和公共流程
typedef struct GameTemplate
{
  char name[50];
  void (*init)(GameTemplate *game);
  void (*start)(GameTemplate *game);
  void (*end)(GameTemplate *game);
  void (*play)(GameTemplate *game);
} GameTemplate;
void template_play(GameTemplate *game);
GameTemplate *game_template_constructor(char *name);

// 定義子類覆寫父類抽象方法
typedef struct Football
{
  char name[50];
  void (*init)(Football *game);
  void (*start)(Football *game);
  void (*end)(Football *game);
  void (*play)(Football *game);
} Football;
Football *football_constructor(char *name);

// 定義子類覆寫父類抽象方法
typedef struct Basketball
{
  char name[50];
  void (*init)(Basketball *game);
  void (*start)(Basketball *game);
  void (*end)(Basketball *game);
  void (*play)(Basketball *game);
} Basketball;
Basketball *basketball_constructor(char *name);

// 定義子類覆寫父類抽象方法
typedef struct Tennis
{
  char name[50];
  void (*init)(Tennis *game);
  void (*start)(Tennis *game);
  void (*end)(Tennis *game);
  void (*play)(Tennis *game);
} Tennis;
Tennis *tennis_constructor(char *name);

抽象模板類

// game_template.c 定義抽象模板類，有抽象方法和具體方法
#include "func.h"

// 定義抽象模板類的公共部分，這裡用struct替代

// 抽象方法待子類來實現
void template_init(GameTemplate *game) {}
void template_start(GameTemplate *game)
{
  printf("\r\n GameTemplate::start() [GameTemplate Initialized! Start playing.]");
}
void template_end(GameTemplate *game) {}

// 可復用的演算法流程
void template_play(GameTemplate *game)
{
  printf("\r\n GameTemplate::play() [name=%s]", game->name);

  // 初始化游戲
  game->init(game);

  // 開始游戲
  game->start(game);

  // 結束游戲
  game->end(game);
}

GameTemplate *game_template_constructor(char *name)
{
  // printf("\r\n game_template_constructor() [構建GameTemplate]");
  GameTemplate *game = (GameTemplate *)malloc(sizeof(GameTemplate));
  strcpy(game->name, name);
  game->init = &template_init;
  game->start = &template_start;
  game->end = &template_end;
  game->play = &template_play;
  return game;
}

具體業務類，繼承抽象模板

// basketball.c  定義子類覆寫父類抽象方法
#include "func.h"

// 定義子類覆寫父類抽象方法
void basketball_init(Basketball *game)
{
  printf("\r\n Basketball::init() [Basketball Game Initialized! Start playing.]");
}

void basketball_start(Basketball *game)
{
  printf("\r\n Basketball::start() [Basketball Game Started. Enjoy the game!]");
}

void basketball_end(Basketball *game)
{
  printf("\r\n Basketball::end() [Basketball Game Finished!]");
}

Basketball *basketball_constructor(char *name)
{
  printf("\r\n basketball_constructor() [構建Basketball]");
  GameTemplate *template = game_template_constructor(name);
  Basketball *game = (Basketball *)template;
  game->init = &basketball_init;
  // 如果不覆蓋則使用基類的函數
  // game->start = &basketball_start;
  game->end = &basketball_end;
  return game;
}

// football.c 定義子類覆寫父類抽象方法
#include "func.h"

// 定義子類覆寫父類抽象方法
void football_init(Football *game)
{
  printf("\r\n Football::init() [Football Game Initialized! Start playing.]");
}

void football_start(Football *game)
{
  printf("\r\n Football::start() [Football Game Started. Enjoy the game!]");
}

void football_end(Football *game)
{
  printf("\r\n Football::end() [Football Game Finished!]");
}

Football *football_constructor(char *name)
{
  printf("\r\n football_constructor() [構建Football]");
  GameTemplate *template = game_template_constructor(name);
  Football *game = (Football *)template;
  game->init = &football_init;
  game->start = &football_start;
  game->end = &football_end;
  return game;
}

// tennis.c 定義子類覆寫父類抽象方法
#include "func.h"

// 定義子類覆寫父類抽象方法
void tennis_init(Tennis *game)
{
  printf("\r\n Tennis::init() [Tennis Game Initialized! Start playing.]");
}

void tennis_start(Tennis *game)
{
  printf("\r\n Tennis::start() [Tennis Game Started. Enjoy the game!]");
}

void tennis_end(Tennis *game)
{
  printf("\r\n Tennis::end() [Tennis Game Finished!]");
}

// 在調用父類play之前，如果要執行自己的行為，也可以覆蓋父類方法
void tennis_play(Tennis *game)
{
  // 先執行自己的內容，再調用基類的函數
  printf("\r\n Tennis::play() [Tennis Game Play!]");
  template_play((GameTemplate *)game);
}

Tennis *tennis_constructor(char *name)
{
  printf("\r\n tennis_constructor() [構建Tennis]");
  GameTemplate *template = game_template_constructor(name);
  Tennis *game = (Tennis *)template;
  game->init = &tennis_init;
  game->start = &tennis_start;
  game->end = &tennis_end;
  game->play = &tennis_play;
  return game;
}

測試調用

#include "../src/func.h"

int main(void)
{
  printf("test start:\r\n");
  /**
   * 模板方法模式就是當子類具備類似行為的時候，讓子類共用一套流程
   * 創建一個公共模板，確定公用流程和操作動作，子類覆蓋具體的動作
   */
  Football *football = football_constructor("football");
  football->play(football);

  printf("\r\n ===");
  Basketball *basketball = basketball_constructor("basketball");
  basketball->play(basketball);

  printf("\r\n ===");
  Tennis *tennis = tennis_constructor("basketball");
  tennis->play(tennis);
}

更多語言版本

不同語言設計模式源碼：https://github.com/microwind/design-pattern


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