设计模式（14）：行为型模式(一) 模板方法模式（Template Method）

一、动机（Motivate）

   “模板方法”，就是有一个方法包含了一个模板，这个模板是一个算法。在我们的现实生活中有很多例子可以拿来说明这个模式，就拿吃饺子这个事情来说，要想吃到饺子必须经过三步，第一步是“和面”，第二步是“包馅”，第三步是“煮饺子”，这三步就是一个算法，我们要想吃到不同的面和馅的饺子，对这三步中的任意一步就行操作就可以，也可以完全定义这三步

   在软件构建过程中，对于某一项任务，它常常有稳定的整体操作结构，但各个子步骤却有很多改变的需求，或者由于固有的原因（比如框架与应用之间的关系）而无法和任务的整体结构同时实现。如何在确定稳定操作结构的前提下，来灵活应对各个子步骤的变化或者晚期实现需求？

二、意图（Intent）

   定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。                                 ——《设计模式》GoF

三、结构图

四、模式的组成

    模板方法模式参与者：

　　（1）、抽象类角色（AbstractClass）：定义一个模板方法（TemplateMethod），在该方法中包含着一个算法的骨架，具体的算法步骤是PrimitiveOperation1方法和PrimitiveOperation2方法，该抽象类的子类将重定义PrimitiveOperation1和PrimitiveOperation2操作。

　　（2）、具体类角色（ConcreteClass）：实现PrimitiveOperation1方法和PrimitiveOperation2方法以完成算法中与特定子类（Client）相关的内容。

　　在模板方法模式中，AbstractClass中的TemplateMethod提供了一个标准模板，该模板包含PrimitiveOperation1和PrimitiveOperation2两个方法，这两个方法的内容Client可以根据自己的需要重写。

五、模板方法模式的具体实现

     下面以生活中吃饺子为例来实现模板方法模式。在现实生活中，做饺子的步骤都大致相同，如果我们针对每种饺子的做法都定义一个类，这样在每个类中都有很多相同的代码，为了解决这个问题，我们一般的思路肯定是把相同的部分抽象出来到抽象类中去定义，具体子类来实现具体的不同部分，这个思路也正式模板方法的实现精髓所在，具体实现代码如下：

static void Main(string[] args)
{
    //现在想吃绿色面的，猪肉大葱馅的饺子
    AbstractClass fan = new ConcreteClass1();
    fan.EatDumplings();

    Console.WriteLine();
    //过了段时间，我开始想吃橙色面的，韭菜鸡蛋馅的饺子
    fan = new ConcreteClass2();
    fan.EatDumplings();
}


//该类型就是抽象类角色--AbstractClass，定义做饺子的算法骨架，这里有三步骤，当然也可以有多个步骤，根据实际需要而定
public abstract class AbstractClass
{
    //该方法就是模板方法，方法里面包含了做饺子的算法步骤，模板方法可以返回结果，也可以是void类型，视具体情况而定
    public void EatDumplings()
    {
        MakingDough();//和面
        MakeDumplings();//包馅
        BoiledDumplings();  //煮饺子
        Console.WriteLine("饺子真好吃！");
    }

    public abstract void MakingDough();//要想吃饺子第一步肯定是“和面”---该方法相当于算法中的某一步
    public abstract void MakeDumplings();//要想吃饺子第二部是“包饺子”---该方法相当于算法中的某一步
    public abstract void BoiledDumplings(); //要想吃饺子第三部是“煮饺子”---该方法相当于算法中的某一步
}

//该类型是具体类角色--ConcreteClass，我想吃绿色面皮，猪肉大葱馅的饺子
public sealed class ConcreteClass1 : AbstractClass
{
    public override void MakingDough()  //要想吃饺子第一步肯定是“和面”---该方法相当于算法中的某一步
    {
        Console.WriteLine("在和面的时候加入芹菜汁，和好的面就是绿色的");//我想要面是绿色的，绿色健康嘛，就可以在此步定制了
    }

    public override void MakeDumplings()//要想吃饺子第二部是“包饺子”---该方法相当于算法中的某一步
    {
        Console.WriteLine("农家猪肉和农家大葱，制作成馅");//我想吃猪肉大葱馅的，在此步就可以定制了
    }

    public override void BoiledDumplings()//要想吃饺子第三部是“煮饺子”---该方法相当于算法中的某一步
    {
        Console.WriteLine("用我家的大铁锅和大木材煮饺子");//我想吃大铁锅煮的饺子，有家的味道，在此步就可以定制了
    }
}

//该类型是具体类角色--ConcreteClass2，我想吃橙色面皮，韭菜鸡蛋馅的饺子
public sealed class ConcreteClass2 : AbstractClass
{
    public override void MakingDough()//要想吃饺子第一步肯定是“和面”---该方法相当于算法中的某一步
    {
        Console.WriteLine("在和面的时候加入胡萝卜汁，和好的面就是橙色的");//我想要面是橙色的，加入胡萝卜汁就可以。在此步定制就可以了。
    }

    public override void MakeDumplings()    //要想吃饺子第二部是“包饺子”---该方法相当于算法中的某一步
    {
        Console.WriteLine("农家鸡蛋和农家韭菜，制作成馅");    //我想吃韭菜鸡蛋馅的，在此步就可以定制了
    }

    public override void BoiledDumplings()//要想吃饺子第三部是“煮饺子”---该方法相当于算法中的某一步
    {
        Console.WriteLine("可以用一般煤气和不粘锅煮就可以");   //此处没要求
    }
}

六、模板方法模式的实现要点：

    Template Method模式是一种非常基础性的设计模式，在面向对象系统中有着大量的应用。它用最简洁的机制（虚函数的多态性）为很多应用程序框架提供了灵活的扩展，是代码复用方面的基本实现结构。除了可以灵活应对子步骤的变化外，“Don't call me, let me call you（不要调用我，让我来调用你）”的反向控制结构是Template Method的典型应用。

1、模板方法模式适用情形：

　　（1）、 一次性实现一个算法的不变部分，并将可变的行为留给子类来实现。
　　（2）、 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中以避免代码重复。
　　（3）、 控制子类扩展。模板方法只允许在特定点进行扩展，而模板部分则是稳定的。

2、模板方法模式特点：

　　（1）、 TemplateMethod模式是一种非常基础性的设计模式，在面向对象系统中大量应用。它用最简洁的机制（基础、多态）为很多应用程序框架提供了灵活的扩展点，是代码复用方面的基本实现结构。
　　（2）、 在具体实现方面，被TemplateMethod调用的虚方法可以具有实现，也可以没有任何实现（抽象方法或虚方法）。但一般推荐将它们设置为protected方法使得只有子类可以访问它们。
　　（3）、 模板方法模式通过对子类的扩展增加新的行为，符合“开闭原则”。

七、.NET 中模板模式的实现

      这种模式在控件设计中大量的用到，比如：控件有自己的生命周期，Page对象也有自己的生命周期，Application应用对象也有自己的生命周期，这个生命周期里面的每个阶段其实就是模板方法里面包含的每个步骤，这些阶段步骤会被一个方法包含着，这个方法就是“模板方法”。让我们再说说控件吧，因为写好的控件，可能需要被开发人员自定义，那么在控件里我们已经定义好了控件呈现、动作的骨架，但是有些自定义的需求，需要延迟到扩展控件的开发人员来决定。   
      当我们在做Windows应用程序的时候，就会使用Windows控件，那Windows控件是如何显示在Windows Form 上的呢，就需要一个OnPaint方法把控件画出来，这里OnPaint是一个虚方法的子步骤，这就是一个Template Method设计模式。如果我们不去重写这个OnPaint方法，它就有一个基本的默认实现，画一个空窗体。这里我们并没有调用OnPaint方法，而是Application的Run会进入Windows的消息循环结构，Paint就是一个消息。当我们移动一下窗口都会导致Paint事件的发生，并导致OnPaint函数的调用，这就是一种反向调用。当然，还有很多其他的子步骤可以提供扩展点，例如OnClose等，很多以On开头的全部都是Template Method模式的虚方法。 这个里面内容很复杂，它并不是用一个Template Method在里面调用所有的子步骤方法，它实际上是把整体的Template Method方法置于了一个消息循环的结构里面，我们可以把消息循环的结构看做模板方法里面的TemplateMethod公有非虚方法。