模板方法模式模板方法模式详解与实践模板方法模式不会增加类的数目

模板方法模式是一种结构型设计模式，它在不改变原有类的基础上定义新的行为。该模式由一个抽象类和其实现类组成，抽象类中定义了一个算法的框架，而实现类则负责具体实现算法的细节。这种设计模式不会增加类的数目，同时也能提高代码的复用性和可维护性。在实际应用中，模板方法模式常用于需要灵活处理不同数据类型或业务场景的情况。

在面向对象编程中，有一种设计模式叫做模板方法模式，它是一种行为型设计模式，模板方法模式定义了一个操作中的算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现，使得子类可以在不改变原有结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤，这种模式适用于需要在运行时根据输入参数选择不同的算法的场景。

模板方法模式的主要角色有：

1、抽象类(Template Method):定义了算法的骨架，包括一些抽象方法和一个具体方法，抽象方法是算法中的一部分，而具体方法则是算法的主体部分，抽象方法通常包含一些默认实现，但具体的实现应该在子类中完成。

2、具体类(Concrete Class):实现了抽象类中的具体方法和抽象方法，具体类可以根据需要重写抽象方法，以实现不同的算法。

3、上下文类(Context Class):提供了一个环境，用于调用抽象类的方法，上下文类通常包含一个对抽象类类型的引用，以便在运行时调用其方法。

下面我们通过一个简单的例子来演示模板方法模式的使用：

假设我们要实现一个计算器程序，它可以根据用户输入的运算符进行加、减、乘、除等运算，我们可以使用模板方法模式来实现这个功能。

我们定义一个抽象类 Calculator,它包含了一个计算方法 calculate() 和两个抽象方法 setOperator() 和 setNum1()、setNum2()，calculate() 方法是算法的骨架，setOperator() 和 setNum1()、setNum2() 方法分别用于设置运算符和两个操作数。

public abstract class Calculator {
    protected double num1;
    protected double num2;
    protected String operator;
    public void setOperator(String operator) {
        this.operator = operator;
    }
    public void setNum1(double num1) {
        this.num1 = num1;
    }
    public void setNum2(double num2) {
        this.num2 = num2;
    }
    public abstract double calculate();
}

我们创建几个具体的计算器类，如 AddCalculator、SubtractCalculator、MultiplyCalculator 和 DivideCalculator,它们分别实现了 Calculator 类中的 calculate() 方法和 setOperator()、setNum1()、setNum2() 方法，这些具体类可以根据需要重写 calculate() 方法，以实现不同的运算逻辑。

public class AddCalculator extends Calculator {
    @Override
    public void setOperator(String operator) {
        if (operator != null && operator.equals("+")) {
            super.setOperator(operator);
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid operator");
        }
    }
    @Override
    public double calculate() {
        return num1 + num2;
    }
}

我们创建一个具体的上下文类 CalculatorContext,它包含了一个 Calculator 类型的引用，并提供了一个调用 calculate() 方法的方法，这样，我们就可以在运行时根据用户的输入选择不同的计算器来进行运算。

public class CalculatorContext {
    private Calculator calculator;
    public CalculatorContext(String operator) {
        calculator = new AddCalculator(); // 或者 new SubtractCalculator(), new MultiplyCalculator(), new DivideCalculator()
        calculator.setOperator(operator);
    }
    public void setNum1(double num1) {
        calculator.setNum1(num1);
    }
    public void setNum2(double num2) {
        calculator.setNum2(num2);
    }
    public double calculate() throws Exception {
        return calculator.calculate();
    }
}

通过以上示例，我们可以看到模板方法模式的优点：它将算法的骨架与具体的实现分离，使得代码更加模块化和可扩展，它也允许我们在运行时动态地选择不同的算法，提高了程序的灵活性。