《编码规范和测试方法——C/C++版》作业 ·006——设计模式 · 模板方法

一、设计模式-模板方法

1、简单介绍

简单来说，就是先在父类$F$中定义好一个函数$A$，然后这个函数$A$代表了一个操作$M$，函数$A$的内部调用了若干个已经实现的函数$B_i$、未实现的函数$C_i$，$B_i$和$C_i$这些函数在函数$A$中的执行流程构成了函数$A$的整体框架，其中

• 函数$A$象征了操作$M$的整体流程
• 函数$B_i$象征了操作$M$中既定的步骤，所有不同主体的操作$M$中的这些步骤都相同
• 函数$C_i$象征了操作$M$中未定的步骤，存在不同主体的操作$M$中的这些步骤不相同

这样的设计下，我们可以根据不同的场景来设计子类$S_i$的函数$C_i$的具体内容。父类$F$往往是抽象类。

模板方法的整体思想是，对于某个操作，先在父类中定义好其算法的整体框架，然后将框架中的步骤延迟到子类里面去实现。

这样做的好处是，算法的整体框架已经定下来了，对于相似操作的不同步骤可以在子类中给出具体的实现。

• 在子类中不需要重写出共同的重复步骤，代码复用性强
• 在子类中也改变不了整体框架（或者说是运行流程），整体结构性强。

2、框架演示

UML图示

代码

// 抽象父类——F
class F
{
public:
	void process_whole()  // 整体的操作
	{
		common_step_1();      // 共同步骤1
		common_step_2();      // 共同步骤2
		especial_step_1();    // 【待实现】不同步骤1
		especial_step_2();    // 【待实现】不同步骤2
		common_step_etc();    // 共同步骤...
		especial_step_etc();  // 【待实现】不同步骤...
		especial_step_m();    // 【待实现】不同步骤m
		common_step_n();      // 共同步骤n
	}
protected:
	virtual void especial_step_1() = 0;    // 不同步骤1
	virtual void especial_step_2() = 0;    // 不同步骤2
	virtual void especial_step_etc() = 0;  // 不同步骤...
	virtual void especial_step_m() = 0;    // 不同步骤m
private:
	void common_step_1() {  }    // 共同步骤1
	void common_step_2() {  }    // 共同步骤2
	void common_step_etc() {  }  // 共同步骤...
	void common_step_n() {  }    // 共同步骤n
};

// 实现子类——S1
class S1 : public F
{
	virtual void especial_step_1()
	{
		// 【S1具体实现】不同步骤1
	}
	virtual void especial_step_2() = 0
	{
		// 【S1具体实现】不同步骤2
	}
	virtual void especial_step_etc() = 0
	{
		// 【S1具体实现】不同步骤...
	}
	virtual void especial_step_m() = 0
	{
		// 【S1具体实现】不同步骤m
	}
};

// 实现子类——S2
class S2 : public F
{
	virtual void especial_step_1()
	{
		// 【S2具体实现】不同步骤1
	}
	virtual void especial_step_2() = 0
	{
		// 【S2具体实现】不同步骤2
	}
	virtual void especial_step_etc() = 0
	{
		// 【S2具体实现】不同步骤...
	}
	virtual void especial_step_m() = 0
	{
		// 【S2具体实现】不同步骤m
	}
};

3、实际案例

案例：

现在设计一个父类为动物饲养员AnimalRaiser，有一个函数feed功能是为动物喂食，喂食的过程分为：

1. 拿出饭碗
2. 放上食物
3. 等待动物食用完毕
4. 回收饭碗洗干净

由于每个动物食用的食物不同，需要根据动物的种类喂食不同的饲料，比如给狗狗喂食排骨，给猫咪喂食清蒸鱼。（假设其他步骤对所有动物均相同）

另外设计两个类——狗狗饲养员DogRaiser、猫咪饲养员CatRaiser.

UML图示

AnimalRaiser类

• 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 << "正在准备饭碗..." << endl;
  }
  
  void AnimalRaiser::wait_eat()
  {
  	cout << "正在等待食用完毕..." << endl;
  }
  
  void AnimalRaiser::clear_bowl()
  {
  	cout << "正在回收饭碗并清洗..." << endl;
  }
  

CatRaiser类

• 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 << "正在往碗里放上猫咪最爱吃的清蒸鱼..." << endl;
  }
  

DogRaiser类

• 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 << "正在往碗里放上狗狗最爱吃的排骨..." << 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;
  }
  

执行结果

正在准备饭碗...
正在往碗里放上猫咪最爱吃的清蒸鱼...
正在等待食用完毕...
正在回收饭碗并清洗...
------------------------------------
正在准备饭碗...
正在往碗里放上狗狗最爱吃的排骨...
正在等待食用完毕...
正在回收饭碗并清洗...