設計模式 ( 十九 ) 模板方法模式Template method（類行為型）

設計模式 ( 十九 ) 模板方法模式Template method（類行為型）

1.概述

在面向對象開發過程中，通常我們會遇到這樣的一個問題：我們知道一個算法所需的關鍵步驟，并確定了這些步驟的執行順序。但是某些步驟的具體實現是未知的，或者說某些步驟的實現與具體的環境相關。
例子1：銀行業務辦理流程
在銀行辦理業務時，一般都包含幾個基本固定步驟:
取號排隊->辦理具體業務->對銀行工作人員進行評分。
取號取號排隊和對銀行工作人員進行評分業務邏輯是一樣的。但是辦理具體業務是個不相同的，具體業務可能取款、存款或者轉賬。

2.問題

如何保證架構邏輯的正常執行，而不被子類破壞 ？

3.解決方案

模板方法：定義一個操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。 T模板方法使得子類可以不改變一個算法的結構即可重定義該算法的某些特定步驟。（Template Method Pattern:Definethe skeleton of an algorithm in an operation,deferring some steps tosubclasses.Template Methodletssubclasses redefine certain steps of an algorithmwithoutchanging the algorithm's structure. ）

1）模板方法模式是基于繼承的代碼復用基本技術，模板方法模式的結構和用法也是面向對象設計的核心之一。在模板方法模式中，可以將相同的代碼放在父類中，而將不同的方法實現放在不同的子類中。

2）在模板方法模式中，我們需要準備一個抽象類，將部分邏輯以具體方法以及具體構造函數的形式實現，然后聲明一些抽象方法來讓子類實現剩余的邏輯。不同的子類可以以不同的方式實現這些抽象方法，從而對剩余的邏輯有不同的實現，這就是模板方法模式的用意。模板方法模式體現了面向對象的諸多重要思想，是一種使用頻率較高的模式。

4.適用性

模板方法應用于下列情況：
? 1） 一次性實現一個算法的不變的部分，并將可變的行為留給子類來實現。
? 2）各子類中公共的行為應被提取出來并集中到一個公共父類中以避免代碼重復。首先識別現有代碼中的不同之處，并且將不同之處分離為新的操作。最后，用一個調用這些新的操作的模板方法來替換這些不同的代碼。
? 3）控制子類擴展。模板方法只在特定點調用“ hook”操作 ，這樣就只允許在這些點進行擴展。

5.結構

6.模式的組成

抽象類（AbstractClass）: 定義抽象的原語操作（primitive operation） ，具體的子類將重定義它們以實現一個算法， 實現一個模板方法,定義一個算法的骨架。該模板方法不僅調用原語操作，也調用定義
具體子類 （ConcreteClass）:  實現原語操作以完成算法中與特定子類相關的步驟。

7.效果

模板方法模式的優點：
1)模板方法模式在一個類中形式化地定義算法，而由它的子類實現細節的處理。
2)模板方法是一種代碼復用的基本技術。它們在類庫中尤為重要，它們提取了類庫中的公共行為。
3)模板方法模式導致一種反向的控制結構，這種結構有時被稱為“好萊塢法則” ，即“別找我們，,我們找你”通過一個父類調用其子類的操作(而不是相反的子類調用父類)，通過對子類的擴展增加新的行為，符合“開閉原則”

模板方法模式的缺點:
每個不同的實現都需要定義一個子類，這會導致類的個數增加，系統更加龐大，設計也更加抽象，但是更加符合“單一職責原則”，使得類的內聚性得以提高。

8.實現

我們使用銀行業務實現，添加了hook方法，客戶自己覺得評價服務。

<?php  
/** 
 * 模板方法模式： 
 *  
 * @author guisu 
 */  
  
/** 
 * 抽象類 
 */  
abstract class AbstractBank  
{  
    private $_number ;  
    /** 
     *模板方法 
     * 因為子類不能覆寫一個被定義為final的方法。從而保證了子類的邏輯永遠由父類所控制。 
     * 
     */  
    public final   function templateMethodProcess()    
    {  
        $this->takeNumber();  
        $this->transact();  
        if($this->isEvaluateHook()) {  
            $this->evaluateHook();  
        }  
    }  
    /** 
     * 基本方法—具體方法 
     * 取號 
     * 
     */  
    private  function takeNumber()      
    {  
        return ++$this->_number;  
    }  
    /** 
     *  //基本方法—抽象方法 
     * 
     */  
    protected  abstract function transact();     
    /** 
     * 基本方法—鉤子方法 
     * 
     */  
     protected function evaluateHook() {  
        echo ' evaluateHook<br/>';  
     }  
    /** 
     * 基本方法—鉤子方法 
     */  
    protected function isEvaluateHook() {  
        return true;  
    }  
  
}   
  
/** 
 * 具體子類:存款 
 */  
class ConcreteDeposit extends AbstractBank  
{  
    public function transact() {  
        //實現代碼  
        echo 'Deposit', '<br>';  
    }  
}   
  
/** 
 * 具體子類:取款 
 */  
class ConcreteWithdraw extends AbstractBank  
{  
   public function transact() {  
        //實現代碼  
        echo 'Withdraw', '<br>';  
    }  
}   
  
/** 
 * 具體子類:轉賬 
 */  
class ConcreteTrancfer extends AbstractBank  
{  
    public function transact() {  
        //實現代碼  
        echo 'Trancfer', '<br>';  
    }  
}   
$c = new  ConcreteTrancfer();  
$c->templateMethodProcess();

9.與其他相關模式

1）策略模式：模板方法使用繼承來改變算法的一部分。 Strategy使用委托來改變整個算法。模板方法模式與策略模式的作用十分類似，有時可以用策略模式替代模板方法模式。模板方法模式通過繼承來實現代碼復用，而策略模式使用委托，把不確定的行為集中到一個接口中，并在主類委托這個接口。委托比繼承具有更大的靈活性。

10.模式的擴展

1）模板方法模式與控制反轉（好萊塢原則）在模板方法模式中，子類不顯式調用父類的方法，而是通過覆蓋父類的方法來實現某些具體的業務邏輯，父類控制對子類的調用，這種機制被稱為好萊塢原則(Hollywood Principle)，好萊塢原則的定義為：“不要給我們打電話，我們會給你打電話(Don‘t call us, we’ll call you)”。在好萊塢，把簡歷遞交給演藝公司后就只有回家等待。由演藝公司對整個娛樂項的完全控制，演員只能被動式的接受公司的差使,在需要的環節中，完成自己的演出。模板方法模式充分的體現了“好萊塢”原則。由父類完全控制著子類的邏輯，子類不需要調用父類，而通過父類來調用子類，子類可以實現父類的可變部份，卻繼承父類的邏輯,不能改變業務邏輯。

2）模板方法模式符合開閉原則

模板方法模式意圖是由抽象父類控制頂級邏輯，并把基本操作的實現推遲到子類去實現,這是通過繼承的手段來達到對象的復用，同時也遵守了開閉原則。

父類通過頂級邏輯，它通過定義并提供一個具體方法來實現，我們也稱之為模板方法。通常這個模板方法才是外部對象最關心的方法。在上面的銀行業務處理例子中，templateMethodProcess這個方法才是外部對象最關心的方法。所以它必須是public的,才能被外部對象所調用。

子類需要繼承父類去擴展父類的基本方法，但是它也可以覆寫父類的方法。如果子類去覆寫了父類的模板方法，從而改變了父類控制的頂級邏輯，這違反了“開閉原則”。我們在使用模板方法模式時，應該總是保證子類有正確的邏輯。所以模板方法應該定義為final的。所以AbstractClass類的模板方法templateMethodProcess方法應該定義為final。

模板方法模式中,抽象類的模板方法應該聲明為final的。因為子類不能覆寫一個被定義為final的方法。從而保證了子類的邏輯永遠由父類所控制。

3）模板方法模式與對象的封裝性

面向對象的三大特性：繼承，封裝，多態。

對象有內部狀態和外部的行為。封裝是為了信息隱藏，通過封裝來維護對象內部數據的完整性。使得外部對象不能夠直接訪問一個對象的內部狀態，而必須通過恰當的方法才能訪問。

對象屬性和方法賦予指定的修改符(public、protected、private)來達到封裝的目的，使得數據不被外部對象惡意的訪問及方法不被錯誤調用導造成破壞對象的封裝性。

降低方法的訪問級別，也就是最大化的降低方法的可見度是一種很重要的封裝手段。最大化降低方法的可見度除了可以達到信息隱藏外，還能有效的降低類之間的耦合度,降低一個類的復雜度。還可以減少開發人員發生的的錯誤調用。

一個類應該只公開外部需要調用的方法。而所有為public方法服務的方法都應該聲明為protected或private。如是一個方法不是需要對外公開的，但是它需要被子類進行擴展的或調用。那么把它定義為protected.否則應該為private。

顯而易見，模板方法模式中的聲明為abstract的基本操作都是需要迫使子類去實現的，它們僅僅是為模板方法服務的。它們不應該被抽象類（AbstractClass）所公開，所以它們應該protected。

因此模板方法模式中，迫使子類實現的抽象方法應該聲明為protected abstract。

4）模板方法與勾子方法(hookMethod)

模板方法模式的抽象類定義方法：

模板方法：一個模板方法是定義在抽象類中的、把基本操作方法組合在一起形成一個總算法或一個總行為的方法。

基本方法：基本方法是實現算法各個步驟的方法，是模板方法的組成部分。基本方法如下：

?抽象方法(Abstract Method)

?具體方法(Concrete Method)

?鉤子方法(Hook Method)：“掛鉤”方法和空方法，

hook方法在抽象類中的實現為空，是留給子類做一些可選的操作。如果某個子類需要一些特殊額外的操作，則可以實現hook方法，當然也可以完全不用理會，因為hook在抽象類中只是空方法而已。

1）鉤子方法的引入使得子類可以控制父類的行為。

2）最簡單的鉤子方法就是空方法，也可以在鉤子方法中定義一個默認的實現，如果子類不覆蓋鉤子方法，則執行父類的默認實現代碼。

3）比較復雜一點的鉤子方法可以對其他方法進行約束，這種鉤子方法通常返回一個boolean類型，即返回true或false，用來判斷是否執行某一個基本方法。由子類來決定是否調用hook方法。

11.總結與分析

1）模板方法模式是一種類的行為型模式，在它的結構圖中只有類之間的繼承關系，沒有對象關聯關系。

2）板方法模式是基于繼承的代碼復用基本技術，模板方法模式的結構和用法也是面向對象設計的核心之一。在模板方法模式中，可以將相同的代碼放在父類中，而將不同的方法實現放在不同的子類中。

3）在模板方法模式中，我們需要準備一個抽象類，將部分邏輯以具體方法以及具體構造函數的形式實現，然后聲明一些抽象方法來讓子類實現剩余的邏輯。不同的子類可以以不同的方式實現這些抽象方法，從而對剩余的邏輯有不同的實現，這就是模板方法模式的用意。模板方法模式體現了面向對象的諸多重要思想，是一種使用頻率較高的模式。

轉自：http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7564039