C# 設計模式系列教程-模板方法模式

更新時間：2016年06月01日 10:37:04 作者：Wang Juqiang

模板方法模式通過把不變的行為搬移到超類，去除了子類中的重復代碼，子類實現(xiàn)算法的某些細節(jié)，有助于算法的擴展。

1. 概述

　　定義一個操作中的算法的骨架，而將步驟延遲到子類中。模板方法使得子類可以不改變一個算法的結(jié)構(gòu)即可重定義算法的某些特定步驟。

2. 模式中的角色

　　2.1 抽象類（AbstractClass）：實現(xiàn)了模板方法，定義了算法的骨架。

　　2.2 具體類（ConcreteClass)：實現(xiàn)抽象類中的抽象方法，已完成完整的算法。

3. 模式解讀

　　3.1 模板方法類圖

　　3.2 模板方法模式代碼實現(xiàn)

 /// <summary>
 /// 抽象類
 /// </summary>
 public abstract class AbstractClass
 {
  // 一些抽象行為，放到子類去實現(xiàn)
  public abstract void PrimitiveOperation1();
  public abstract void PrimitiveOperation2();

  /// <summary>
  /// 模板方法，給出了邏輯的骨架，而邏輯的組成是一些相應的抽象操作，它們推遲到子類去實現(xiàn)。
  /// </summary>
  public void TemplateMethod()
  {
   PrimitiveOperation1();
   PrimitiveOperation2();
   Console.WriteLine("Done the method.");
  }
 }

 /// <summary>
 /// 具體類，實現(xiàn)了抽象類中的特定步驟
 /// </summary>
 public class ConcreteClassA : AbstractClass
 {
  /// <summary>
  /// 與ConcreteClassB中的實現(xiàn)邏輯不同
  /// </summary>
  public override void PrimitiveOperation1()
  {
   Console.WriteLine("Implement operation 1 in Concreate class A.");
  }

  /// <summary>
  /// 與ConcreteClassB中的實現(xiàn)邏輯不同
  /// </summary>
  public override void PrimitiveOperation2()
  {
   Console.WriteLine("Implement operation 2 in Concreate class A.");
  }
 }

 /// <summary>
 /// 具體類，實現(xiàn)了抽象類中的特定步驟
 /// </summary>
 public class ConcreteClassB : AbstractClass
 {
  /// <summary>
  /// 與ConcreteClassA中的實現(xiàn)邏輯不同
  /// </summary>
  public override void PrimitiveOperation1()
  {
   Console.WriteLine("Implement operation 1 in Concreate class B.");
  }

  /// <summary>
  /// 與ConcreteClassA中的實現(xiàn)邏輯不同
  /// </summary>
  public override void PrimitiveOperation2()
  {
   Console.WriteLine("Implement operation 2 in Concreate class B.");
  }
 }

　　3.3 客戶端代碼

 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   // 聲明抽象類
   AbstractClass c;

   // 用ConcreteClassA實例化c
   c = new ConcreteClassA();
   c.TemplateMethod();

   // 用ConcreteClassB實例化c
   c = new ConcreteClassB();
   c.TemplateMethod();

   Console.Read();
  }
 }

　　運行結(jié)果

5. 模式總結(jié)

　　5.1 優(yōu)點

　　　　5.1.1 模板方法模式通過把不變的行為搬移到超類，去除了子類中的重復代碼。

　　　　5.1.2 子類實現(xiàn)算法的某些細節(jié)，有助于算法的擴展。

　　　　5.1.3 通過一個父類調(diào)用子類實現(xiàn)的操作，通過子類擴展增加新的行為，符合“開放-封閉原則”。

　　5.2 缺點

　　　　5.2.1 每個不同的實現(xiàn)都需要定義一個子類，這會導致類的個數(shù)的增加，設計更加抽象。

　　5.3 適用場景

　　　　5.1 在某些類的算法中，用了相同的方法，造成代碼的重復。

　　　　5.2 控制子類擴展，子類必須遵守算法規(guī)則。

6. 模式舉例：用冒泡算法非別對整型數(shù)組、浮點數(shù)數(shù)組、日期數(shù)組實現(xiàn)排序。

　　6.1 實現(xiàn)類圖

　　6.2 實現(xiàn)代碼

 /// <summary>
 /// 抽象類，定義冒泡排序的骨架
 /// </summary>
 public abstract class BubbleSorter
 {
  private int operations = 0;
  protected int length = 0;

  /// <summary>
  /// 冒泡排序算法
  /// </summary>
  /// <returns></returns>
  protected int DoSort()
  {
   operations = 0;
   if (length <= 1)
   {
    return operations;
   }

   for (int nextToLast = length - 2; nextToLast >= 0; nextToLast--)
   {
    for (int index = 0; index <= nextToLast; index++)
    {
     if (OutOfOrder(index))
     {
      Swap(index);
     }

     operations++;
    }
   }

   return operations;
  }

  /// <summary>
  /// 留給子類實現(xiàn)的交換位置方法
  /// </summary>
  /// <param name="index"></param>
  protected abstract void Swap(int index);
  /// <summary>
  /// 留給子類實現(xiàn)的比較方法
  /// </summary>
  /// <param name="index"></param>
  /// <returns></returns>
  protected abstract bool OutOfOrder(int index);
 }

 /// <summary>
 /// 整型類型的冒泡算法實現(xiàn)
 /// </summary>
 public class IntBubbleSorter:BubbleSorter
 {
  private int[] array = null;

  /// <summary>
  /// 用冒泡算法排序
  /// </summary>
  /// <param name="theArray"></param>
  /// <returns></returns>
  public int Sort(int[] theArray)
  {
   array = theArray;
   length = array.Length;
   // 調(diào)用冒泡算法
   return DoSort();
  }

  /// <summary>
  /// 實現(xiàn)冒泡算法中的交換操作
  /// </summary>
  /// <param name="index"></param>
  protected override void Swap(int index)
  {
   int temp = array[index];
   array[index] = array[index + 1];
   array[index + 1] = temp;
  }

  /// <summary>
  /// 實現(xiàn)冒泡算法中的比較操作
  /// </summary>
  /// <param name="index"></param>
  /// <returns></returns>
  protected override bool OutOfOrder(int index)
  {
   return (array[index] > array[index + 1]);
  }
 }

 /// <summary>
 /// 浮點數(shù)類型的冒泡算法
 /// </summary>
 public class FloatBubbleSorter:BubbleSorter
 {
  private float[] array = null;

  /// <summary>
  /// 用冒泡算法排序
  /// </summary>
  /// <param name="theArray"></param>
  /// <returns></returns>
  public int Sort(float[] theArray)
  {
   array = theArray;
   length = array.Length;
   // 調(diào)用冒泡算法
   return DoSort();
  }

  /// <summary>
  /// 實現(xiàn)冒泡算法中的交換操作
  /// </summary>
  /// <param name="index"></param>
  protected override void Swap(int index)
  {
   float temp = array[index];
   array[index] = array[index + 1];
   array[index + 1] = temp;
  }

  /// <summary>
  /// 實現(xiàn)冒泡算法中的比較操作
  /// </summary>
  /// <param name="index"></param>
  /// <returns></returns>
  protected override bool OutOfOrder(int index)
  {
   return (array[index] > array[index + 1]);
  }
 }

　　6.3 客戶端調(diào)用

 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {

   // 對整型數(shù)組排序
   int[] intArray = new int[]{5, 3, 12, 8, 10};
   BubbleSorter.IntBubbleSorter sorter = new BubbleSorter.IntBubbleSorter();
   sorter.Sort(intArray);
   foreach (int item in intArray)
   {
    Console.Write(item+" ");
   }

   Console.WriteLine("");

   // 對浮點數(shù)排序
   float[] floatArray = new float[] { 5.0f, 3.0f, 12.0f, 8.0f, 10.0f };
   BubbleSorter.FloatBubbleSorter floatSorter = new BubbleSorter.FloatBubbleSorter();
   floatSorter.Sort(floatArray);
   foreach (float item in floatArray)
   {
    Console.Write(item + " ");
   }

   Console.Read();
  }
 }

　　運行結(jié)果