《編碼規範和測試方法——C/C++版》作業 ·006——設計模式 · 模板方法

一、設計模式-模板方法

1、簡單介紹

簡單來說，就是先在父類$F$中定義好一個函數$A$，然後這個函數$A$代表了一個操作$M$，函數$A$的內部調用了若干個已經實現的函數$B_i$、未實現的函數$C_i$，$B_i$和$C_i$這些函數在函數$A$中的執行流程構成了函數$A$的整體框架，其中

• 函數$A$象徵了操作$M$的整體流程
• 函數$B_i$象徵了操作$M$中既定的步驟，所有不同主體的操作$M$中的這些步驟都相同
• 函數$C_i$象徵了操作$M$中未定的步驟，存在不同主體的操作$M$中的這些步驟不相同

這樣的設計下，我們可以根據不同的場景來設計子類$S_i$的函數$C_i$的具體內容。父類$F$往往是抽象類。

模板方法的整體思想是，對於某個操作，先在父類中定義好其算法的整體框架，然後將框架中的步驟延遲到子類裏面去實現。

這樣做的好處是，算法的整體框架已經定下來了，對於相似操作的不同步驟可以在子類中給出具體的實現。

• 在子類中不需要重寫出共同的重複步驟，代碼複用性強
• 在子類中也改變不了整體框架（或者說是運行流程），整體結構性強。

2、框架演示

UML圖示

代碼

// 抽象父類——F
class F
{
public:
	void process_whole()  // 整體的操作
	{
		common_step_1();      // 共同步驟1
		common_step_2();      // 共同步驟2
		especial_step_1();    // 【待實現】不同步驟1
		especial_step_2();    // 【待實現】不同步驟2
		common_step_etc();    // 共同步驟...
		especial_step_etc();  // 【待實現】不同步驟...
		especial_step_m();    // 【待實現】不同步驟m
		common_step_n();      // 共同步驟n
	}
protected:
	virtual void especial_step_1() = 0;    // 不同步驟1
	virtual void especial_step_2() = 0;    // 不同步驟2
	virtual void especial_step_etc() = 0;  // 不同步驟...
	virtual void especial_step_m() = 0;    // 不同步驟m
private:
	void common_step_1() {  }    // 共同步驟1
	void common_step_2() {  }    // 共同步驟2
	void common_step_etc() {  }  // 共同步驟...
	void common_step_n() {  }    // 共同步驟n
};

// 實現子類——S1
class S1 : public F
{
	virtual void especial_step_1()
	{
		// 【S1具體實現】不同步驟1
	}
	virtual void especial_step_2() = 0
	{
		// 【S1具體實現】不同步驟2
	}
	virtual void especial_step_etc() = 0
	{
		// 【S1具體實現】不同步驟...
	}
	virtual void especial_step_m() = 0
	{
		// 【S1具體實現】不同步驟m
	}
};

// 實現子類——S2
class S2 : public F
{
	virtual void especial_step_1()
	{
		// 【S2具體實現】不同步驟1
	}
	virtual void especial_step_2() = 0
	{
		// 【S2具體實現】不同步驟2
	}
	virtual void especial_step_etc() = 0
	{
		// 【S2具體實現】不同步驟...
	}
	virtual void especial_step_m() = 0
	{
		// 【S2具體實現】不同步驟m
	}
};

3、實際案例

案例：

現在設計一個父類爲動物飼養員AnimalRaiser，有一個函數feed功能是爲動物餵食，餵食的過程分爲：

1. 拿出飯碗
2. 放上食物
3. 等待動物食用完畢
4. 回收飯碗洗乾淨

由於每個動物食用的食物不同，需要根據動物的種類餵食不同的飼料，比如給狗狗餵食排骨，給貓咪餵食清蒸魚。（假設其他步驟對所有動物均相同）

另外設計兩個類——狗狗飼養員DogRaiser、貓咪飼養員CatRaiser.

UML圖示

AnimalRaiser類

• AnimalRaiser.h

  #ifndef ANIMALRAISER_H
  #define ANIMALRAISER_H
  
  class AnimalRaiser
  {
  public:
  	AnimalRaiser();
  	virtual ~AnimalRaiser();
  
  	void feed();
  protected:
  	virtual void push_food() = 0;
  private:
  	void prepare_bowl();
  	void wait_eat();
  	void clear_bowl();
  };
  
  #endif // !ANIMALRAISER_H
  

• AnimalRaiser.cpp

  #include "pch.h"
  
  #include "AnimalRaiser.h"
  #include <iostream>
  
  using namespace std;
  
  AnimalRaiser::AnimalRaiser()
  {
  }
  
  AnimalRaiser::~AnimalRaiser()
  {
  }
  
  void AnimalRaiser::feed()
  {
  	prepare_bowl();
  	push_food();
  	wait_eat();
  	clear_bowl();
  }
  
  void AnimalRaiser::prepare_bowl()
  {
  	cout << "正在準備飯碗..." << endl;
  }
  
  void AnimalRaiser::wait_eat()
  {
  	cout << "正在等待食用完畢..." << endl;
  }
  
  void AnimalRaiser::clear_bowl()
  {
  	cout << "正在回收飯碗並清洗..." << endl;
  }
  

CatRaiser類

• CatRaiser.h

  #include "AnimalRaiser.h"
  
  #ifndef CATRAISER_H
  #define CATRAISER_H
  
  class CatRaiser :
  	public AnimalRaiser
  {
  public:
  	CatRaiser();
  	virtual ~CatRaiser();
  protected:
  	virtual void push_food();
  };
  
  #endif // !CATRAISER_H
  

• CatRaiser.cpp

  #include "pch.h"
  
  #include "CatRaiser.h"
  #include <iostream>
  
  using namespace std;
  
  CatRaiser::CatRaiser()
  {
  }
  
  CatRaiser::~CatRaiser()
  {
  }
  
  void CatRaiser::push_food()
  {
  	cout << "正在往碗裏放上貓咪最愛吃的清蒸魚..." << endl;
  }
  

DogRaiser類

• DogRaiser.h

  #include "AnimalRaiser.h"
  
  #ifndef DOGRAISER_H
  #define DOGRAISER_H
  
  class DogRaiser :
  	public AnimalRaiser
  {
  public:
  	DogRaiser();
  	virtual ~DogRaiser();
  protected:
  	virtual void push_food();
  };
  
  #endif // !DOGRAISER_H
  

• DogRaiser.cpp

  #include "pch.h"
  
  #include "DogRaiser.h"
  #include <iostream>
  
  using namespace std;
  
  DogRaiser::DogRaiser()
  {
  }
  
  DogRaiser::~DogRaiser()
  {
  }
  
  void DogRaiser::push_food()
  {
  	cout << "正在往碗裏放上狗狗最愛吃的排骨..." << endl;
  }
  

Main

• Main.cpp

  #include "pch.h"
  
  #include "CatRaiser.h"
  #include "DogRaiser.h"
  #include <iostream>
  
  using namespace std;
  
  int main()
  {
  	CatRaiser cr1;
  	DogRaiser dr1;
  
  	AnimalRaiser* arp;
  	
  	arp = &cr1;
  	arp->feed();
  
  	cout << "------------------------------------" << endl;
  
  	arp = &dr1;
  	arp->feed();
  
  	return 0;
  }
  

執行結果

正在準備飯碗...
正在往碗裏放上貓咪最愛吃的清蒸魚...
正在等待食用完畢...
正在回收飯碗並清洗...
------------------------------------
正在準備飯碗...
正在往碗裏放上狗狗最愛吃的排骨...
正在等待食用完畢...
正在回收飯碗並清洗...