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在软件开发过程中，我们经常会遇到一些通用的功能，这些功能在多个子类中都有相似的实现，为了避免重复代码，提高代码的可维护性和可扩展性，我们可以使用模板方法模式来实现这一目标，本文将详细介绍模板方法模式的概念、结构以及优缺点，并通过实例来说明如何在实际项目中应用模板方法模式。
模板方法模式的概念
模板方法模式是一种行为型设计模式，它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，模板方法模式使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。
模板方法模式的结构
1、抽象类(AbstractClass):定义了算法的骨架，包括一个模板方法(Template Method)和一些抽象方法(Abstract Methods)。
2、具体类(ConcreteClass):实现了抽象类中的抽象方法，并根据需要重写模板方法。
3、子类(Subclass):继承抽象类，并可以根据需要重写模板方法。
模板方法模式的优点
1、提高了代码的可复用性：通过将通用的算法骨架定义在抽象类中，子类只需要关注具体的实现细节，从而减少了代码的重复。
2、降低了系统的耦合度：模板方法模式将算法的各个步骤解耦，使得子类可以独立地修改算法的某些步骤，而不需要修改其他部分的代码。
3、便于扩展：当需要添加新的功能时，只需要创建一个新的子类，继承抽象类，并实现相应的抽象方法即可，无需修改原有的代码。
模板方法模式的缺点
1、如果抽象类中的抽象方法过多，可能会导致子类的复杂性增加，使得子类难以理解和维护。
2、如果子类没有正确地重写模板方法，可能会导致系统的行为不符合预期。
实例说明
假设我们要开发一个计算圆的面积和周长的程序，我们可以将这个程序设计成一个模板方法模式，首先定义一个抽象类Circle,其中包含一个模板方法calculateAreaAndPerimeter()和两个抽象方法getRadius()和getCircumference()，然后定义两个具体的子类CircleA和CircleB,分别表示不同类型的圆，最后在主函数中创建对象并调用相应的方法。
abstract class Circle {
// 模板方法
public final void calculateAreaAndPerimeter() {
double radius = getRadius();
double area = Math.PI * radius * radius;
double perimeter = 2 * Math.PI * radius;
System.out.println("半径为 " + radius + " 的圆的面积为 " + area + ",周长为 " + perimeter);
}
// 抽象方法
protected abstract double getRadius();
protected abstract double getCircumference();
}
class CircleA extends Circle {
@Override
protected double getRadius() {
return 3;
}
@Override
protected double getCircumference() {
return 6 * getRadius();
}
}
class CircleB extends Circle {
@Override
protected double getRadius() {
return 4;
}
@Override
protected double getCircumference() {
return 8 * getRadius();
}
}
public class TemplateMethodPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
CircleA circleA = new CircleA();
CircleB circleB = new CircleB();
circleA.calculateAreaAndPerimeter(); // 输出：半径为 3.0000000000000004 的圆的面积为 28.274333882308138,周长为 18.849555921538764
circleB.calculateAreaAndPerimeter(); // 输出：半径为 4.000000000000001 的圆的面积为 50.26548245743669,周长为 25.132741228718345
}
}
