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GPT带我学-设计模式-模板模式

2024-02-01 06:00:20阅读 6

1 请你给我介绍一下设计模式中的模板模式

模板模式是一种行为设计模式,它定义了一个算法的骨架,将一些步骤的具体实现延迟到子类中。模板模式允许子类重新定义算法的某些特定步骤,而不需要改变算法的结构。

模板模式由以下几个角色组成:

  • 抽象类(Abstract Class):抽象类定义了一个模板方法,该方法定义了算法的骨架,包含了一系列抽象方法或可选的具体实现方法。抽象类可以提供默认的实现,也可以作为模板方法的一部分使用。
  • 具体类(Concrete Class):具体类实现了抽象类中定义的抽象方法,完成了算法中的具体步骤。

模板模式的工作流程如下:

  1. 定义一个抽象类,其中包含一个模板方法。
  2. 在模板方法中定义算法的骨架,即一系列的步骤。
  3. 将某些具体步骤的实现延迟到子类中,通过定义抽象方法或可选的具体实现方法来实现。
  4. 具体子类继承抽象类,并实现其中的抽象方法或可选的具体实现方法,完成算法中的具体步骤。
  5. 客户端通过调用抽象类的模板方法来使用模板模式。

模板模式的优点包括:

  1. 通过定义算法的骨架,使算法的结构更加清晰明了。
  2. 提供了一种方便的扩展算法的方式。只需继承抽象类并实现相应的方法即可。
  3. 将公共的代码抽取到父类中,避免了代码的重复。

模板模式的缺点包括:

  1. 可能会导致类的数量增加:因为模板模式需要定义抽象类和具体类,所以可能会导致类的数量增加,特别是当有多个变种的算法时。
  2. 可能会引入不必要的复杂性:模板模式将算法的具体实现分散到不同的类中,可能会增加代码的复杂性和理解难度。
  3. 不太灵活:因为模板模式的算法骨架是固定的,所以对于需要大量变动的算法,模板模式可能不太适用。如果有太多的不同步骤和变种,维护和使用模板模式可能会变得困难。
  4. 可能会限制了代码的扩展性:因为算法的结构是固定的,所以对于需要频繁变动的部分,可能需要修改抽象类的结构,这可能会影响到其他使用该模板的类。

总结来说,模板模式通过定义算法的骨架和将具体步骤的实现延迟到子类中,提供了一种方便的算法设计和扩展方式,可以提高代码的重用性和可维护性。

2 请你用java举一个实际一点的例子

好的,下面是一个使用模板模式的java示例:
在下面的示例中,抽象类 Game 定义了一个模板方法 play(),它定义了一个游戏的骨架,包含了初始化游戏、开始游戏和结束游戏的步骤。具体的游戏类 Football 和 Basketball 继承抽象类 Game,并实现了抽象方法,在不同的具体类中完成了对应的具体步骤。

abstract class Game {
    abstract void initialize();
    abstract void startPlay();
    abstract void endPlay();

    // 模板方法
    public final void play() {

        // 初始化游戏
        initialize();

        // 开始游戏
        startPlay();

        // 结束游戏
        endPlay();
    }
}

class Football extends Game {

    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
    }

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

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Football Game Finished!");
    }
}

class Basketball extends Game {

    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Basketball Game Initialized! Start playing.");
    }

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

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Basketball Game Finished!");
    }
}

public class TemplatePatternExample {
    public static void main(String[] args) {

        Game footballGame = new Football();
        footballGame.play();

        System.out.println("------------------------------");

        Game basketballGame = new Basketball();
        basketballGame.play();
    }
}

通过创建不同的具体游戏对象,然后调用它们的 play() 方法,我们可以按照固定的游戏流程来玩足球游戏和篮球游戏。输出结果如下:

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game Finished!
------------------------------
Basketball Game Initialized! Start playing.
Basketball Game Started. Enjoy the game!
Basketball Game Finished!

这个例子展示了模板模式的应用,通过定义抽象类的模板方法,将游戏的算法骨架固定下来,并将具体的步骤实现延迟给子类,从而实现了游戏的统一流程管理,同时也提供了扩展游戏的方式。

3 模板模式有几种形式

模板模式有两种常见的形式:

  • 基本的模板模式(Basic Template Pattern):基本的模板模式是指通过抽象类定义算法的骨架,将某些步骤的具体实现延迟到子类中。抽象类中的模板方法定义了算法的骨架,包含了一系列的抽象方法或具体实现方法。子类继承抽象类,并实现其中的抽象方法,完成算法中的具体步骤。

  • 钩子方法模式(Hook Method Pattern):钩子方法模式是基本的模板模式的扩展,它允许子类在父类的算法中插入或不插入一些特定的行为。钩子方法是指在抽象类中提供一个空实现或默认返回值的抽象方法,子类可以选择性地覆盖或使用这些钩子方法,按需插入自己的行为。

这两种形式都遵循了模板模式的基本原则,即通过抽象类定义算法的骨架,将某些具体步骤的实现延迟到子类中,以实现代码重用和扩展的目的。在实际应用中,根据需要选择合适的形式来设计和实现模板模式。

4 那请你用钩子方法模式修改上面游戏的代码

好的,以下是使用钩子方法模式修改上述游戏代码的示例:

abstract class Game {
    abstract void initialize();
    abstract void startPlay();
    abstract void endPlay();

    // 钩子方法,允许子类在父类的算法中插入特定行为
    protected boolean additionalPlay() {
        return true;
    }

    // 模板方法
    public final void play() {
        initialize();
        startPlay();

        // 在这里插入额外的行为
        if (additionalPlay()) {
            playExtra();
        }

        endPlay();
    }

    // 钩子方法
    protected void playExtra() {
        // 默认空实现
    }
}

class Football extends Game {
    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
    }

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

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Football Game Finished!");
    }

    @Override
    protected void playExtra() {
        System.out.println("Football Game: Play some extra time.");
    }
}

class Basketball extends Game {
    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Basketball Game Initialized! Start playing.");
    }

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

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Basketball Game Finished!");
    }
}

public class TemplatePatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        Game footballGame = new Football();
        footballGame.play();

        System.out.println("------------------------------");

        Game basketballGame = new Basketball();
        basketballGame.play();
    }
}

在这个示例中,我们在抽象类 Game 中添加了一个钩子方法 additionalPlay() 和一个默认的钩子方法 playExtra()。在模板方法 play() 中,我们在适当的时机使用了钩子方法 additionalPlay() 来决定是否执行额外的行为。在 Football 类中,我们覆盖了默认的钩子方法 playExtra() 来执行一些额外的操作。

当运行这个示例时,输出结果如下

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game: Play some extra time.
Football Game Finished!
------------------------------
Basketball Game Initialized! Start playing.
Basketball Game Started. Enjoy the game!
Basketball Game Finished!

可以看到,在具体游戏类 Football 中,在运行模板方法 play() 时,额外的钩子方法 playExtra() 被调用了。而在具体游戏类 Basketball 中,并没有对钩子方法进行覆盖,所以默认的行为为空。

通过使用钩子方法模式,我们可以在父类的算法中插入特定的行为,通过选择性地覆盖钩子方法,在子类中自定义额外的操作。这种方式增强了模板方法的灵活性和可扩展性。

5 通常用在什么场景

模板模式通常适用于以下场景:

算法的整体流程是固定的,但某些步骤的具体实现可能会有所不同。通过模板模式,可以将整体流程封装在一个模板方法中,将具体实现延迟到子类中。
多个类具有相似的行为,但实现细节不同。通过模板模式,可以将共同的行为抽象为父类,将不同的实现细节委托给子类。
需要一种代码复用和扩展方式,以避免代码的重复。通过提供模板方法和抽象方法,可以在不同的子类中实现具体细节,实现代码的重用和扩展。

一些常见的应用场景包括:

框架或库的设计:框架或库通常会定义一些通用的算法或流程,供用户来实现具体的细节。模板模式可以将通用的算法骨架封装在父类中,用户可以通过实现抽象方法来定制化具体实现。
数据库访问:数据库访问通常包含一些通用的操作流程,如连接数据库、执行SQL语句、处理结果等。模板模式可以将这些通用流程封装在父类中,具体的数据库操作细节委托给子类。
Web开发中的请求处理:在Web开发中,处理请求通常包含一些通用的步骤,如请求解析、数据验证、业务逻辑处理、结果响应等。模板模式可以将这些通用步骤封装在父类中,将具体的处理细节留给子类实现。

总之,模板模式适用于任何需要固定算法框架,并通过子类实现具体细节的情况。它可以提高代码的复用性和扩展性,并确保整体流程的一致性。

总结

模板模式是一种行为型的设计模式,所以就是对行为的控制。其实质就是用抽象方法固定了流程,每个流程的具体实现交给其子类实现。从而统一流程。

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