初识设计模式——模板模式（Template Pattern）

模板模式（Template Pattern）是一种行为设计模式，它定义了一个算法的骨架，将一些步骤的实现延迟到子类中。这样，在不改变算法结构的前提下，子类可以重新定义算法中的某些步骤。模板模式通过抽象类和具体子类的协作，实现了代码的复用和扩展。

模板模式的结构

• 抽象类（Abstract Class）：定义了算法的骨架，包含了一系列抽象方法和具体方法。抽象方法由子类实现，具体方法则提供了算法的默认实现或公共逻辑。
• 具体子类（Concrete Class）：继承自抽象类，实现了抽象类中的抽象方法，完成算法中特定步骤的具体实现。

代码案例

场景

假设我们要实现一个制作饮料的过程，不同的饮料制作过程有一些共同的步骤，也有一些不同的步骤。

代码

<?php
// 抽象类：饮料制作模板
abstract class BeverageMaker {
    // 模板方法，定义了制作饮料的算法骨架
    public final function prepareBeverage() {
        $this->boilWater();
        $this->brew();
        $this->pourInCup();
        if ($this->customerWantsCondiments()) {
            $this->addCondiments();
        }
    }

    // 具体方法：烧水
    protected function boilWater() {
        echo "Boiling water\n";
    }

    // 抽象方法：冲泡
    abstract protected function brew();

    // 具体方法：倒入杯子
    protected function pourInCup() {
        echo "Pouring into cup\n";
    }

    // 抽象方法：添加调料
    abstract protected function addCondiments();

    // 钩子方法：默认返回 true，子类可以重写
    protected function customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

// 具体子类：咖啡制作
class CoffeeMaker extends BeverageMaker {
    protected function brew() {
        echo "Dripping coffee through filter\n";
    }

    protected function addCondiments() {
        echo "Adding sugar and milk\n";
    }

    protected function customerWantsCondiments() {
        // 可以根据具体情况决定是否添加调料
        return false;
    }
}

// 具体子类：茶制作
class TeaMaker extends BeverageMaker {
    protected function brew() {
        echo "Steeping the tea\n";
    }

    protected function addCondiments() {
        echo "Adding lemon\n";
    }
}

// 使用示例
$coffeeMaker = new CoffeeMaker();
$coffeeMaker->prepareBeverage();

echo "\n";

$teaMaker = new TeaMaker();
$teaMaker->prepareBeverage();
?>

UML类图

模板模式的优缺点

优点

• 代码复用：将算法的公共部分提取到抽象类中，避免了代码的重复编写，提高了代码的复用性。
• 可扩展性：子类可以通过实现抽象方法来改变算法的某些步骤，而不影响算法的整体结构，增强了系统的可扩展性。
• 便于维护：算法的骨架在抽象类中定义，使得代码的结构更加清晰，便于维护和修改。

缺点

• 子类数量增加：如果算法的步骤较多，可能会导致子类的数量增加，使得代码的复杂度提高。
• 违反开闭原则：如果需要修改算法的骨架，可能会影响到所有的子类，违反了开闭原则。

模板模式的适用场景

• 算法骨架固定：当多个算法具有相同的骨架，但某些步骤的实现不同时，可以使用模板模式。例如，数据库操作的增删改查、文件处理的读取和写入等。
• 代码复用：当多个类中有一些公共的行为或步骤时，可以将这些公共部分提取到抽象类中，实现代码的复用。
• 框架设计：在框架设计中，模板模式经常用于定义框架的基本流程，让开发者通过实现特定的方法来定制框架的行为。例如，Web 框架中的控制器基类、测试框架中的测试用例基类等。