【設計模式】之模板方法（Template Method）

阿新 • • 發佈：2019-01-12

模板方法的定義為：再一個操作中定義一個演算法的骨架，將演算法中的一些步驟延遲到子類去實現。模板方法允許子類在不該變演算法結構的情況下重新定義演算法的某些步驟。

Define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses. Template Method lets subclasses redefine certain steps of an algorithm without changing the algorithm's structure.

在實際的面向物件設計中，模板方法的使用應該是非常廣泛的。

模板方法一個很重要的作用，就是提高程式碼複用性，避免程式碼冗餘。如果出現重複程式碼，就應該考慮是不是設計出錯了。（When we got code duplication, that's a good sign we need to clean up the design）。

模板方法，顧名思義就是一個方法（method），在這個方法內部定義了一個演算法的模板，演算法的結構是不會變化的，演算法中不變的部分會在模板方法所在的類中封裝，依賴於具體實現的部分則在其他地方定義。

模板方法符合Holleywood Principle，即 "Don't call us, we'll call you“。

public abstract class CaffeineBeverageWithHook {
    final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }

    abstract void brew();

    abstract void addCondiments();

    void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }

    boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

CaffeineBeverageWithHook定義是一個抽象類，prepareRecipe方法就是一個模板方法，為了不讓子類改變方法的結構，用關鍵字final修飾後，子類便無法override模板方法。

prepareRecipe內部定義一個演算法，演算法中呼叫了兩個抽象方法brew和boilWater，所以這個演算法是抽象的，它必須依賴與具體的實現才能執行。

在模板方法中還有一個比較重要的概念就是Hook，所謂Hook的定義如下：

hook operations, which provide default behavior that subclass can extend if necessary. A hook operation often does nothing by default. -- <Design Patterns>

A hook is a method that is declared in the abstract class, but only given an empty and default implementation. -- <Head First Design Patterns>

類CaffeineBeverageWithHook中的customerWantsCondiments就是一個hook操作。

customerWantsCondiments的具體實現定義在CaffeineBeverageWithHook的子類中。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.IOException;

public class CoffeeWithHook extends CaffeineBeverageWithHook {
    public void brew() {
        System.out.println("Dripping Coffee though filter");
    }

    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding Sugar and Milk");
    }

    public boolean customerWantsCondiments() {
        String answer = getUserInput();
        return answer.toLowerCase().startsWith("y");
    }
    
    private String getUserInput() {
        String answer = null;
        System.out.println("Would you like milk and sugar with your coffee (y/n)?");
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            answer = in.readLine();
        } catch (IOException ioe) {
            System.err.println("IO error trying to read your answer");
        }
        if (answer == null) {
            return "no";
        }
        return answer;
    }
}

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.IOException;
public class TeaWithHook extends CaffeineBeverageWithHook {
    public void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding Lemon");
    }

    public boolean customerWantsCondiments() {
        String answer = getUserInput();
        return answer.toLowerCase().startsWith("y");
    }
    
    private String getUserInput() {
        String answer = null;
        System.out.println("Would you like lemon with your tea (y/n)?");
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            answer = in.readLine();
        } catch (IOException ioe) {
            System.err.println("IO error trying to read your answer");
        }
        if (answer == null) {
            return "no";
        }
        return answer;
    }
}

編寫測試驅動

public class BeverageTestDrive {
    public static void main(String[] args) {
        TeaWithHook teaHook = new TeaWithHook();
        CoffeeWithHook coffeeHook = new CoffeeWithHook();

        System.out.println("\nMaking tea...");
        teaHook.prepareRecipe();
        
        System.out.println("\nMaking coffee...");
        coffeeHook.prepareRecipe();
    }
}

執行結果如下：

當然，模板方法的實現並非都是通過的繼承的方式實現。

以下例子便是再模板方法中呼叫了其他類的方法。

import java.util.Arrays;
public class DuckSortTestDrive {
    public static void main(String[] args) {
        Duck[] ducks = {
            new Duck("Daffy", 8),
            new Duck("Dewey", 2),
            new Duck("Howard", 7),
            new Duck("Louie", 2),
            new Duck("Donald", 10),
            new Duck("Huey", 2)
        };

        System.out.println("Before sorting");
        display(ducks);

        Arrays.sort(ducks);

        System.out.println("\nAfter sorting");
        display(ducks);
    }

    public static void display(Duck[] ducks) {
        for (Duck duck : ducks) {
            System.out.println(duck);
        }
    }
}

Arrays的靜態方法sort便是一個模板方法，它需要呼叫傳入引數物件的comareTo方法。

public class Duck implements Comparable {
    String name;
    int weight;

    public Duck(String name, int weight) {
        this.name = name;
        this.weight = weight;
    }

    public String toString() {
        return name + " weights " + weight;
    }

    @Override
    public int compareTo(Object object) {
        Duck otherDuck = (Duck)object;

        if (this.weight < otherDuck.weight) {
            return -1;
        } else if (this.weight == otherDuck.weight) {
            return 0;
        } else { // this.weight > otherDuck.weight
            return 1;
        }
    }
}

模板方法模式與策略模式有相似點，他們都封裝了一個演算法，但是模板放發只是抽象了演算法的一部分，而策略模式抽象的是整個演算法，而且策略模式是同哦那天過組合（Composition）實現，模板方法模式，主要是利用了inheritance。

書中有寫：The template method calls primitive operations as well as operations defined in AbstractClass or those of others.

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