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模板方法模式（Template Method Pattern）

模板方法模式是一种行为型设计模式，其核心思想是将一个操作的算法定义为一个抽象类中的模板，子类可以按需重写部分实现，但执行顺序和共享的部分由抽象类控制。这种设计模式尤其适用于处理多个子类共享一套算法的情况，允许子类灵活扩展和修改。

模板方法模式的定义

在模板方法模式中：

• 抽象类声明一个操作的步骤模板，通常通过一个 final 方法实现。
• 子类可以选择重写模板方法的某个步骤或是实现多个步骤。
• 模板方法的执行顺序由抽象类控制，而可变部分由子类实现。

这种模式的具体过程包括：

优点

• 封装不变部分：共享的算法被封装在抽象类中，避免重复代码。
• 易于维护：一旦抽象类中的某个共享步骤需要修改，所有子类都获益。
• 遵循开闭原则：子类可以扩展行为，但父类的行为是不变的。

缺点

• 类的复杂性：随着子类数量增加，项目的类结构变得庞大。
• 代码阅读难度：父类的行为对子类会有影响，增加了对新手的困扰。

使用场景

• 共享算法：多个子类共享一套算法，但每个子类只需修改部分步骤。
• 重要或复杂的算法：将其核心逻辑设计为模板方法，确保所有子类遵循统一的逻辑流程。
• 代码重构：将现有代码抽象出来，减少代码冗余，提高可维护性。

实现示例

假设有 Game 抽象类，其子类 Cricket 和 Football 各自继承自 Game：

Game.java

public abstract class Game {    public final void play() {        initialize(); // 初始化游戏        startPlay(); // 开始游戏        endPlay();   // 结束游戏    }    // 每一个具体的子类需要实现的方法    abstract void initialize();    abstract void startPlay();    abstract void endPlay();}

Cricket.java

public class Cricket extends Game {    @Override    void initialize() {        System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");    }    @Override    void startPlay() {        System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");    }    @Override    void endPlay() {        System.out.println("Cricket Game Finished!");    }}

Football.java

public 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!");    }}

TemplatePatternDemo.java

public class TemplatePatternDemo {    public static void main(String[] args) {        Game game = new Cricket();        game.play();        System.out.println();        game = new Football();        game.play();    }}

解释与输出

• 输出结果：

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

这一示例展示了如何使用模板方法模式来实现两个不同的子类（Cricket 和 Football），每个子类按照自己的方式为 Game 抽象类的方法提供实现，而 play() 方法则是一致的，调用了所有步骤。

总结

模板方法模式通过将通用算法封装到抽象类中，允许子类按需扩展或重写个别步骤，从而实现了共享算法和灵活扩展的双重目标。这种模式尤其适用于需要多种行为并保持一致性操作的情况，用其优点和缺点综合考虑后，可以选择在代码中适当使用，提升系统的扩展性和可维护性。