23种设计模式 - 模板方法

模式定义

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它通过定义算法的骨架（固定步骤），允许子类在不改变算法结构的情况下重写特定步骤。该模式的核心是将通用流程封装在基类中，通过继承实现扩展。

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模式结构

抽象基类（AbstractClass）

• 定义模板方法 execute()，包含固定执行流程（如初始化→加工→收尾）
• 声明纯虚函数（如 performMachining()）用于子类实现可变步骤
  具体子类（ConcreteClass）
• 实现基类中的抽象方法，定义具体加工逻辑（如钻孔、铣削）
  客户端（Client）
• 通过基类指针/引用调用模板方法，实现多态执行

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适用场景

流程标准化：数控系统中不同加工类型共享相同执行流程（如预热→加工→冷却）
代码复用：避免重复编写通用步骤代码（如设备初始化）
扩展性需求：新增加工类型只需继承基类并实现特定步骤

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C++示例（数控系统场景）

场景说明：
数控系统需要统一管理不同加工类型（钻孔/铣削）的执行流程，确保所有加工任务都遵循初始化→加工→清理的标准步骤。

#include 

// 抽象基类：加工流程模板
class MachiningProcess {
public:
    // 模板方法（固定流程）
    void execute() {
        initialize();
        performMachining();
        finalize();
    }

protected:
    // 通用步骤（基类实现）
    void initialize() { 
        std::cout << "设备初始化完成" << std::endl; 
    }
    void finalize() { 
        std::cout << "清理加工环境" << std::endl << std::endl; 
    }

    // 可变步骤（子类实现）
    virtual void performMachining() = 0;
};

// 具体子类：钻孔流程
class DrillingProcess : public MachiningProcess {
protected:
    void performMachining() override {
        std::cout << "执行钻孔：转速2500rpm，深度10mm" << std::endl;
    }
};

// 具体子类：铣削流程
class MillingProcess : public MachiningProcess {
protected:
    void performMachining() override {
        std::cout << "执行铣削：进给速度500mm/min，切削宽度5mm" << std::endl;
    }
};

int main() {
    MachiningProcess* process1 = new DrillingProcess();
    process1->execute();  // 输出钻孔流程

    MachiningProcess* process2 = new MillingProcess();
    process2->execute();  // 输出铣削流程

    delete process1;
    delete process2;
    return 0;
}

输出结果

设备初始化完成  
执行钻孔：转速2500rpm，深度10mm  
清理加工环境  

设备初始化完成  
执行铣削：进给速度500mm/min，切削宽度5mm  
清理加工环境  

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实现要点

模板方法封装流程：execute() 方法定义了不可变的执行顺序
钩子方法隔离变化：performMachining() 由子类实现具体加工逻辑
开闭原则：新增加工类型只需继承基类，无需修改现有代码

通过该模式，数控系统可以统一管理各类加工任务的执行流程，同时支持灵活扩展新的加工类型。