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模板方法模式C++

news 2025/8/16 6:56:19

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，将某些步骤延迟到子类中实现。这种模式让子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤，从而实现代码复用和扩展。

模板方法模式的核心角色

AbstractClass（抽象类）：定义算法的骨架（模板方法），包含多个抽象方法（步骤）和可能的钩子方法
ConcreteClass（具体子类）：实现抽象类中的抽象方法，完成算法中特定于子类的步骤

C++实现示例

以下以"饮料制作流程"为例实现模板方法模式，冲泡咖啡和泡茶的流程相似（都需要煮水、冲泡、倒杯、加调料），但具体步骤存在差异：

#include <iostream>
#include <string>// 抽象类：饮料
class Beverage {
public:// 模板方法：定义算法骨架，声明为final防止子类重写void prepareRecipe() final {boilWater();    // 步骤1：煮水brew();         // 步骤2：冲泡（抽象方法，子类实现）pourInCup();    // 步骤3：倒杯if (customerWantsCondiments()) {  // 钩子方法：判断是否需要加调料addCondiments();  // 步骤4：加调料（抽象方法，子类实现）}}// 抽象方法：冲泡（子类实现）virtual void brew() = 0;// 抽象方法：加调料（子类实现）virtual void addCondiments() = 0;// 具体方法：煮水（所有饮料通用）void boilWater() {std::cout << "煮水" << std::endl;}// 具体方法：倒杯（所有饮料通用）void pourInCup() {std::cout << "倒入杯子中" << std::endl;}// 钩子方法：默认返回true（需要加调料），子类可重写virtual bool customerWantsCondiments() {return true;}// 虚析构函数virtual ~Beverage() = default;
};// 具体子类：咖啡
class Coffee : public Beverage {
public:// 实现冲泡步骤void brew() override {std::cout << "用沸水冲泡咖啡粉" << std::endl;}// 实现加调料步骤void addCondiments() override {std::cout << "加入糖和牛奶" << std::endl;}// 重写钩子方法：询问用户是否需要加调料bool customerWantsCondiments() override {std::string answer;std::cout << "咖啡需要加奶和糖吗？(y/n): ";std::cin >> answer;return answer == "y" || answer == "Y";}
};// 具体子类：茶
class Tea : public Beverage {
public:// 实现冲泡步骤void brew() override {std::cout << "用沸水浸泡茶叶" << std::endl;}// 实现加调料步骤void addCondiments() override {std::cout << "加入柠檬" << std::endl;}// 重写钩子方法：默认不加调料bool customerWantsCondiments() override {return false;  // 茶默认不加柠檬}
};// 客户端代码
void makeBeverage(Beverage* beverage) {std::cout << "\n开始制作饮料..." << std::endl;beverage->prepareRecipe();std::cout << "饮料制作完成" << std::endl;
}int main() {// 制作咖啡Beverage* coffee = new Coffee();makeBeverage(coffee);// 制作茶Beverage* tea = new Tea();makeBeverage(tea);// 清理资源delete coffee;delete tea;return 0;
}

代码解析

模板方法（prepareRecipe）：
- 定义了饮料制作的固定流程（煮水→冲泡→倒杯→加调料），用final修饰防止子类修改算法结构
- 其中boilWater和pourInCup是通用步骤（具体方法），brew和addCondiments是抽象步骤（由子类实现）
抽象方法（brew、addCondiments）：
- 声明为纯虚函数，强制子类实现，这些步骤是算法中因具体类型而异的部分
- 咖啡实现为"冲泡咖啡粉"和"加糖牛奶"，茶实现为"浸泡茶叶"和"加柠檬"
钩子方法（customerWantsCondiments）：
- 提供默认实现（返回true），子类可根据需要重写
- 咖啡重写为询问用户是否加调料，茶重写为默认不加调料，增强了算法的灵活性
子类扩展：
- 子类通过实现抽象方法定制特定步骤，无需修改算法整体结构
- 钩子方法允许子类有选择地参与算法，而非强制实现所有步骤