3 設計模式_模板方法(Template Method)

GOF-23 模式分類

• 從目的來看
  • 創建型（Creational）模式：將對象的部分創建工作延遲到子
    類或者其他對象，從而應對需求變化爲對象創建時具體類型實
    現引來的衝擊。
  • 結構型（Structural）模式：通過類繼承或者對象組合獲得更靈活的結構，從而應對需求變化爲對象的結構帶來的衝擊。
  • 行爲型（Behavioral）模式：通過類繼承或者對象組合來劃分
    類與對象間的職責，從而應對需求變化爲多個交互的對象帶來
    的衝擊
• 從範圍來看
  • 類模式處理類與子類的靜態關係。
  • 對象模式處理對象間的動態關係。

從封裝變化角度對模式分類

• 組件協作
  • Template Method
  • Observer / Event
  • Strategy
• 單一職責
  • Decorator
  • Bridge
• 對象創建、
  • Factory Method
  • Abstract Factory
  • Prototype
  • Builder
• 對象性能
  • Singleton
  • Flyweight
• 接口隔離
  • Façade
  • Proxy
  • Mediator
  • Adapter
• 狀態變化
  • Memento
  • State
• 數據結構
  • Composite
  • Iterator
  • Chain of Resposibility
• 行爲變化
  • Command
  • Visitor
• 領域問題
  • Interpreter

重構獲得模式 (Refactoring to Patterns)

• 面向對象設計模式是“好的面向對象設計”，所謂“好的面向對
  象設計”指是那些可以滿足 “應對變化，提高複用”的設計 。
• 現代軟件設計的特徵是“需求的頻繁變化”。設計模式的要點是“尋找變化點，然後在變化點處應用設計模式，從而來更好地應對需求的變化”.“什麼時候、什麼地點應用設計模式”比“理解設計模式結構本身”更爲重要。

  理清設計中，變化的部分(多態)和固定的部分(抽象)。

• 設計模式的應用不宜先入爲主，一上來就使用設計模式是對設計
  模式的最大誤用。沒有一步到位的設計模式。敏捷軟件開發實踐提
  倡的“Refactoring to Patterns”是目前普遍公認的最好的使用設
  計模式的方法。

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重構關鍵技法

• 靜態—>動態
• 早綁定—>晚綁定

  (運行時，多態是運行時判斷)

• 繼承—>組合

  (組合優於繼承，耦合性低封裝性好且更靈活)

• 編譯時依賴—>運行時依賴
• 緊耦合—>松耦合

------------------------------------------分割線，具體模式的學習-------------------

組件協作模式

• 現代軟件專業分工之後的第一個結果是“框架與應用程序的劃
  分”，“組件協作”模式通過晚期綁定，來實現框架與應用程序之
  間的松耦合，是二者之間協作時常用的模式。
• 典型模式
  • Template Method
  • Observer / Event
  • Strategy

Template Method 模式

• 動機(Motivation)
  • 在軟件構建過程中，對於某一項任務，它常常有穩定的整體操作結構但各個子步驟卻有很多改變的需求，或者由於固有的原因（比如框架與應用之間的關係）而無法和任務的整體結構同時實現。

  穩定的部分是整體的操作結構
  變化的部分是子步驟的具體操作
  所以我們在設計中，將穩定的部分提取出來並抽象。變化的部分,用多態(指針)，來保證不同子類不同的操作.

• 如何在確定穩定操作結構的前提下，來靈活應對各個子步驟的變
  化或者晚期實現需求？

結構化軟件設計流程

//程序庫開發人員
class Library{

public:
	void Step1(){
		//...
	}

    void Step3(){
		//...
    }

    void Step5(){
		//...
    }
};
//應用程序開發人員
class Application{
public:
	bool Step2(){
		//...
    }

    void Step4(){
		//...
    }
};

int main()
{
	Library lib();
	Application app();

	lib.Step1();
	
	if (app.Step2()){
		lib.Step3();
	}

	for (int i = 0; i < 4; i++){
		app.Step4();
	}
	
	lib.Step5();
}

面向對象軟件設計流程

//程序庫開發人員
class Library{
public:
	//穩定 template method
    void Run(){
    
        Step1();
        
        if (Step2()) { //支持變化 ==> 虛函數的多態調用
            Step3(); 
        }

        for (int i = 0; i < 4; i++){
            Step4(); //支持變化 ==> 虛函數的多態調用
        }

        Step5();

    }
	virtual ~Library(){ }

protected:
	
	void Step1() { //穩定
        //.....
    }
	void Step3() {//穩定
        //.....
    }
	void Step5() { //穩定
		//.....
	}

	virtual bool Step2() = 0;//變化
    virtual void Step4() =0; //變化
};

//應用程序開發人員
class Application : public Library {
protected:
	virtual bool Step2(){
		//... 子類重寫實現
    }

    virtual void Step4() {
		//... 子類重寫實現
    }
};




int main()
	{
	    Library* pLib=new Application();
	    lib->Run();

		delete pLib;
	}
}

上面兩種設計流程的區別是程序主流程的開發。因爲Library開發人員在設計時，是不清楚2,4兩個步驟的具體操作的，因此這裏就是所謂的變化的部分。對應的邏輯如下圖

早綁定與晚綁定

第一種是由較晚開發的Application去調用庫邏輯，需要在編譯時處理(早綁定)，而第二種是，早期開發的Library開發人員，用多態的方式調用2,4（虛函數）。Application人員通過繼承或者組合的方式，override或者overload相應的2,4步驟。從而實現靈活性。所謂的早綁定是編譯時綁定，晚綁定就是運行時綁定。

模式定義

• 定義一個操作中的算法的骨架 (穩定)，而將一些步驟延遲(變化)到子類中。Template Method使得子類可以不改變(複用)一個算法的結構即可重定義(override 重寫)該算法的某些特定步驟。
  ———————《設計模式》GoF

• 結構(Structure)

  藍色框內爲穩定的部分(Class Library)。
  黃色框爲Class Library 的TemplateMethod也就是Class Library中穩定的部分，也就是Class Library 中的Step1,Step3,Step5及Run函數。
  紅色框內就是Class Library Step2,Step4(虛函數).
  灰色框框內是子類也就是Application.子類重寫黃色框內的Step2,Step4.
  

要點總結

• Template Method模式是一種非常基礎性的設計模式，在面向對
  象系統中有着大量的應用。它用最簡潔的機制（虛函數的多態性）
  爲很多應用程序框架提供了靈活的擴展點，是代碼複用方面的基本
  實現結構
• 除了可以靈活應對子步驟的變化外，“不要調用我，讓我來調用
  你”的反向控制結構是Template Method的典型應用。
• 在具體實現方面，被Template Method調用的虛方法可以具有實
  現，也可以沒有任何實現（抽象方法、純虛方法），但一般推薦將
  它們設置爲protected方法。