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🧩 模板方法模式（Template Method Pattern）深度解析

——以Unity实现标准化游戏流程与灵活AI行为框架为核心案例

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一、模式本质与核心价值

核心目标：
✅ 定义算法骨架，将某些步骤延迟到子类实现
✅ 复用算法结构，确保流程一致性
✅ 避免代码冗余，通过继承实现差异化

关键术语：

• AbstractClass（抽象类）：定义模板方法和抽象操作
• ConcreteClass（具体子类）：实现抽象操作的具体逻辑
• Template Method（模板方法）：定义算法的步骤序列

数学表达：
设算法流程为：A → B → C → D
模板方法确保所有子类遵循此流程，但允许自定义B和C的实现

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二、经典UML结构

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三、Unity实战代码（关卡流程系统）

1. 定义抽象模板类

public abstract class GameLevel : MonoBehaviour {// 模板方法（不可重写）public sealed override IEnumerator PlayLevel() {LoadLevelAssets();yield return InitializeLevel();yield return StartLevelCore();yield return EndLevelProcess();Cleanup();}// 具体步骤（部分有默认实现）protected virtual void LoadLevelAssets() {Debug.Log("加载基础资源...");// 加载公共资源逻辑}protected abstract IEnumerator InitializeLevel();protected abstract IEnumerator StartLevelCore();protected virtual IEnumerator EndLevelProcess() {Debug.Log("执行默认结算流程...");yield return new WaitForSeconds(1);}protected virtual void Cleanup() {Debug.Log("清理临时资源...");}
}

2. 实现具体子类

// BOSS关卡
public class BossLevel : GameLevel {[SerializeField] private GameObject _bossPrefab;protected override IEnumerator InitializeLevel() {Debug.Log("生成BOSS...");Instantiate(_bossPrefab);yield return new WaitForSeconds(2);}protected override IEnumerator StartLevelCore() {Debug.Log("开始BOSS战！");// BOSS战斗逻辑yield return new WaitUntil(() => !IsBossAlive());}private bool IsBossAlive() {// 检测BOSS存活状态return true;}
}// 解谜关卡
public class PuzzleLevel : GameLevel {[SerializeField] private PuzzleSystem _puzzle;protected override IEnumerator InitializeLevel() {Debug.Log("初始化谜题组件...");_puzzle.ResetPuzzle();yield return null;}protected override IEnumerator StartLevelCore() {Debug.Log("启动谜题...");yield return new WaitUntil(() => _puzzle.IsSolved);}protected override IEnumerator EndLevelProcess() {yield return base.EndLevelProcess();Debug.Log("展示解谜奖励...");yield return new WaitForSeconds(2);}
}

3. 客户端使用

public class LevelManager : MonoBehaviour {[SerializeField] private GameLevel _currentLevel;void Start() {StartCoroutine(PlayCurrentLevel());}private IEnumerator PlayCurrentLevel() {yield return _currentLevel.PlayLevel();Debug.Log("关卡流程结束！");}public void SwitchLevel(GameLevel newLevel) {_currentLevel = newLevel;StartCoroutine(PlayCurrentLevel());}
}

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四、模式进阶技巧

1. 钩子方法（Hook）

protected virtual bool ShouldSkipIntro() => false;public sealed override IEnumerator PlayLevel() {if(!ShouldSkipIntro()) {yield return PlayIntroAnimation();}// 后续流程...
}

2. 阶段状态控制

public abstract class GameLevel : MonoBehaviour {private enum LevelState { Loading, Initializing, Running, Ending }private LevelState _currentState;protected void SetState(LevelState newState) {_currentState = newState;OnStateChanged?.Invoke(newState);}public event Action<LevelState> OnStateChanged;
}

3. 异步加载优化

protected virtual async Task LoadLevelAssetsAsync() {var loadOp = Addressables.LoadAssetsAsync<GameObject>("LevelBaseAssets");await loadOp.Task;Debug.Log($"已加载 {loadOp.Result.Count} 个基础资源");
}

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五、游戏开发典型应用场景

1. 角色行为模板

   public abstract class CharacterBehavior {public void ExecuteDailyRoutine() {WakeUp();Eat();Work();Sleep();}protected abstract void Work();// 其他步骤可有默认实现...
   }
   

2. 技能释放流程

   public abstract class SkillBase {public void Cast() {PlayCastAnimation();ApplyPreEffects();ExecuteCoreLogic();ApplyPostEffects();}protected abstract void ExecuteCoreLogic();
   }
   

3. UI面板通用流程

   public abstract class UIPanel : MonoBehaviour {public IEnumerator Show() {PreShowSetup();yield return PlayShowAnimation();PostShowInitialize();}protected virtual void PreShowSetup() { /* 默认空实现 */ }protected abstract IEnumerator PlayShowAnimation();
   }
   

4. 敌人生成系统

   public abstract class EnemySpawner {public void SpawnWave() {PreSpawnCheck();CalculateSpawnPoints();SpawnEnemies();PostSpawnActions();}protected abstract void SpawnEnemies();
   }
   

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六、性能优化策略

策略	实现方式	适用场景
预编译模板	使用泛型模板类	高频实例化场景
步骤缓存	缓存重复计算结果	复杂初始化流程
分帧执行	使用协程分步骤执行	长耗时流程
资源预加载	提前加载共用资源	资源密集型关卡

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七、模式对比与选择

维度	模板方法模式	策略模式
代码复用方式	继承	组合
灵活性	修改需要继承	运行时动态切换
适用场景	固定流程算法	可替换算法模块
扩展方向	垂直扩展（子类化）	水平扩展（新增策略）

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八、最佳实践原则

1. 模板方法密封：防止子类修改算法骨架

   public sealed override void ExecuteProcess() { /* ... */ }
   

2. 合理使用虚方法：提供默认实现而非强制重写
3. 控制继承层级：建议不超过3层继承
4. 文档注释：明确说明各步骤职责

   /// <summary>
   /// 初始化关卡核心元素，必须由子类实现
   /// </summary>
   protected abstract void InitializeCore();
   

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九、常见问题解决方案

Q1：如何避免过度继承？
→ 使用组合+模板方法混合模式

public class LevelProcessor {private ILevelInitializer _initializer;private ILevelFinalizer _finalizer;public void ExecuteProcess() {LoadCommonAssets();_initializer.Initialize();RunCoreLogic();_finalizer.Finalize();}
}

Q2：如何处理跨步骤状态共享？
→ 使用上下文对象传递数据

public class LevelContext {public int Score;public float TimeSpent;public List<Enemy> AliveEnemies = new();
}protected abstract void ExecuteCore(LevelContext context);

Q3：如何调试多层级模板？
→ 实现步骤追踪器

public abstract class DebuggableTemplate : MonoBehaviour {private void LogStep(string message) {Debug.Log($"[{Time.time:F2}] {GetType().Name} - {message}");}protected sealed override void LoadResources() {LogStep("开始加载资源");base.LoadResources();LogStep("资源加载完成");}
}

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