在软件开发中，我们经常需要创建一些算法的骨架，这些骨架定义了算法的整体步骤和顺序，但某些步骤的具体实现则留给子类去完成，这就是模板方法模式（Template Method Pattern）的核心思想。
什么是模板方法模式？
模板方法模式是一种行为设计模式，它在一个抽象类中定义了一个算法的骨架，将一些步骤的具体实现推迟到子类中，这样，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特定步骤。
这种模式的主要优点是可以提高代码的复用性，因为子类可以共享父类的通用行为，而只需要实现自己的特殊行为，由于算法的骨架是固定的，这也使得算法的结构和流程更加清晰，易于理解和维护。
模板方法模式的结构
模板方法模式主要包含两种角色：抽象类（Abstract Class）和具体子类（Concrete Class）。
1、抽象类：定义了算法的骨架，包括一些抽象方法（这些方法的具体实现在子类中完成）和一些具体方法（这些方法的具体实现在父类中完成）。
2、具体子类：继承抽象类，实现抽象方法，从而改变算法中的某些特定步骤。
模板方法模式的使用场景
模板方法模式适用于以下情况：
- 当一个算法需要有多种变体时，不同的子类可能需要执行不同的操作或使用不同的数据结构。
- 当你希望控制算法的执行顺序，或者确保算法的某些关键步骤总是按照特定的顺序执行。
- 当你希望提供一个算法的骨架，让子类可以在此基础上进行扩展，而不需要修改算法的结构。
模板方法模式的优点
- 提高代码的复用性：子类可以共享父类的通用行为，而只需要实现自己的特殊行为。
- 简化代码：由于算法的骨架是固定的，这使得算法的结构和流程更加清晰，易于理解和维护。
- 控制算法的执行顺序：通过在父类中定义算法的骨架，可以确保算法的某些关键步骤总是按照特定的顺序执行。
模板方法模式的缺点
- 对子类的依赖：如果子类没有正确地实现某个抽象方法，那么算法可能无法正常工作。
- 限制了灵活性：虽然模板方法模式提供了一种固定的行为框架，但这也可能限制了算法的灵活性，因为子类无法自由地改变算法的结构。
模板方法模式是一种强大的设计模式，它可以帮助我们更好地组织和复用代码，同时也能提供一种清晰、易于理解的算法结构，我们也需要注意其潜在的缺点，并在实际使用时做出适当的权衡。
模板方法模式的示例
以下是一个简单的模板方法模式的示例，该示例展示了如何创建一个计算几何图形面积的算法，在这个例子中，我们有一个抽象类Shape，它定义了一个算法的骨架，包括一个抽象方法calculateArea()和一个具体方法displayArea()，我们有Circle和Rectangle两个具体子类，它们分别实现了calculateArea()方法，从而能够计算出圆形和矩形的面积。
abstract class Shape {
// 定义一个抽象方法，由子类实现
abstract void calculateArea();
// 定义一个具体方法，该方法的实现在父类中完成
void displayArea() {
System.out.println("Displaying area...");
calculateArea();
}
}
class Circle extends Shape {
private double radius;
Circle(double radius) {
this.radius = radius;
}
// 实现抽象方法
void calculateArea() {
System.out.println("Calculating area of circle...");
double area = Math.PI * Math.pow(radius, 2);
System.out.println("Area of circle: " + area);
}
}
class Rectangle extends Shape {
private double length;
private double width;
Rectangle(double length, double width) {
this.length = length;
this.width = width;
}
// 实现抽象方法
void calculateArea() {
System.out.println("Calculating area of rectangle...");
double area = length * width;
System.out.println("Area of rectangle: " + area);
}
}在这个例子中，我们可以看到，Shape类定义了一个算法的骨架，包括一个抽象方法calculateArea()和一个具体方法displayArea()。Circle和Rectangle两个具体子类分别实现了calculateArea()方法，从而能够计算出圆形和矩形的面积。
通过这种方式，我们可以在不改变算法结构的情况下，让子类去重新定义算法中的某些特定步骤，从而提高代码的复用性和可读性，由于算法的骨架是固定的，这也使得算法的结构和流程更加清晰，易于理解和维护。
模板方法模式是一种非常有用的设计模式，它可以帮助我们更好地组织和复用代码，同时也能提供一种清晰、易于理解的算法结构，我们也需要注意其潜在的缺点，如对子类的依赖和限制了灵活性，在实际使用时，我们需要根据具体的需求和场景，做出适当的权衡。
模板方法模式是一种强大的工具，可以帮助我们编写出更加高效、灵活和可维护的代码，只要我们正确地理解和使用它，就能够大大提高我们的软件开发效率和质量。
