模板方法设计模式属于行为型设计模式的一种，它的核心思路是在抽象类中定义一个算法的整体执行流程，也就是算法骨架，然后将其中某些可变的步骤声明为纯虚函数或者虚函数，交给具体的子类去实现。这样既能保证所有子类遵循统一的算法结构，又能让子类根据自身需求定制特定步骤的逻辑，避免代码重复。
模板方法模式的核心角色
实现模板方法模式主要包含两类核心角色：
- 抽象类：负责定义算法的整体骨架，也就是模板方法，同时声明算法中需要子类实现的步骤方法，还可以提供部分步骤的默认实现。
- 具体子类：继承抽象类，实现抽象类中声明的可变步骤方法，也可以根据需要重写父类的默认步骤实现。
C++实现步骤
1. 定义抽象类
抽象类中首先要定义模板方法，这个方法是公共的，一般用public权限修饰，内部调用各个步骤方法。步骤方法根据是否需要子类强制实现，可以声明为virtual纯虚函数或者普通虚函数。
#include <iostream>
#include <string>
// 抽象类：定义数据导出算法的骨架
class DataExporter {
public:
// 模板方法：定义数据导出的完整流程
void exportData() {
// 步骤1：读取数据
readData();
// 步骤2：处理数据
processData();
// 步骤3：导出数据
writeData();
// 步骤4：收尾工作
cleanUp();
}
virtual ~DataExporter() = default;
protected:
// 步骤方法：读取数据，默认实现
virtual void readData() {
std::cout << "默认读取数据：从本地文件读取" << std::endl;
}
// 步骤方法：处理数据，需要子类实现
virtual void processData() = 0;
// 步骤方法：导出数据，需要子类实现
virtual void writeData() = 0;
// 步骤方法：收尾工作，默认实现
virtual void cleanUp() {
std::cout << "默认收尾工作：关闭文件流" << std::endl;
}
};
2. 定义具体子类
具体子类继承抽象类，实现其中声明的纯虚函数，也就是必须定制的步骤逻辑，也可以根据需要重写父类的默认虚函数实现。
// 具体子类1：导出为CSV格式
class CsvDataExporter : public DataExporter {
protected:
void processData() override {
std::cout << "处理数据：按照CSV格式整理数据" << std::endl;
}
void writeData() override {
std::cout << "导出数据：将数据写入CSV文件" << std::endl;
}
};
// 具体子类2：导出为JSON格式
class JsonDataExporter : public DataExporter {
protected:
void readData() override {
std::cout << "重写读取数据：从数据库读取" << std::endl;
}
void processData() override {
std::cout << "处理数据：按照JSON格式整理数据" << std::endl;
}
void writeData() override {
std::cout << "导出数据：将数据写入JSON文件" << std::endl;
}
};
3. 客户端调用
客户端只需要创建具体子类的对象，调用模板方法即可，不需要关心算法的具体执行流程，只需要关注子类实现的特定步骤逻辑。
int main() {
// 导出CSV格式数据
DataExporter* csvExporter = new CsvDataExporter();
std::cout << "开始导出CSV数据：" << std::endl;
csvExporter->exportData();
delete csvExporter;
std::cout << std::endl;
// 导出JSON格式数据
DataExporter* jsonExporter = new JsonDataExporter();
std::cout << "开始导出JSON数据：" << std::endl;
jsonExporter->exportData();
delete jsonExporter;
return 0;
}
实现注意事项
- 模板方法一般声明为
public且非虚函数，避免子类修改算法的整体骨架，保证算法流程的统一性。 - 需要子类强制实现的步骤声明为纯虚函数，有默认实现的步骤声明为普通虚函数，方便子类按需重写。
- 如果某些步骤不希望子类重写，可以将其声明为
final，比如模板方法本身如果需要防止子类修改，可以加上final修饰。 - 抽象类的析构函数建议声明为虚函数，避免子类对象析构时出现内存泄漏问题。
适用场景
当遇到以下场景时，可以考虑使用模板方法设计模式：
- 有多个子类遵循相同的算法流程，但部分步骤的实现不同。
- 需要控制子类的扩展点，只允许子类修改算法的特定部分，不能修改整体流程。
- 需要避免代码重复，将相同逻辑提取到抽象类的模板方法中，减少子类中的重复代码。