C# 设计模式（行为型模式）：模板方法模式

C# 设计模式（行为型模式）：模板方法模式

在开发过程中，我们经常会遇到一类问题：一些操作的整体步骤是固定的，但某些具体步骤的实现会因为场景不同而有所变化。模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，能够很好地解决这类问题。

模板方法模式的定义

模板方法模式定义了一个算法的框架，并允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义某些步骤的实现。它通过将算法的可变部分延迟到子类中，使代码的复用性更高，扩展性更好。

模板方法模式的结构

模板方法模式包括以下角色：

1. AbstractClass（抽象类）： 定义算法的骨架，包括模板方法和抽象方法。
2. ConcreteClass（具体子类）： 实现抽象方法，提供特定的逻辑。

示例：咖啡和茶的制作流程

我们以制作咖啡和茶为例，两者的制作步骤相似，但某些具体操作不同：

1. 烧水。
2. 冲泡饮品（咖啡或茶）。
3. 倒入杯中。
4. 添加配料（糖、牛奶或柠檬）。

代码实现

using System;

// 抽象类：饮品制作模板
public abstract class BeverageTemplate
{
    // 模板方法：定义制作流程
    public void PrepareBeverage()
    {
        BoilWater();
        Brew();
        PourInCup();
        AddCondiments();
    }

    // 通用步骤：烧水
    private void BoilWater()
    {
        Console.WriteLine("烧水中...");
    }

    // 通用步骤：倒入杯中
    private void PourInCup()
    {
        Console.WriteLine("将饮品倒入杯中。");
    }

    // 抽象方法：冲泡饮品
    protected abstract void Brew();

    // 抽象方法：添加配料
    protected abstract void AddCondiments();
}

// 具体类：咖啡
public class Coffee : BeverageTemplate
{
    protected override void Brew()
    {
        Console.WriteLine("用热水冲泡咖啡。");
    }

    protected override void AddCondiments()
    {
        Console.WriteLine("添加糖和牛奶。");
    }
}

// 具体类：茶
public class Tea : BeverageTemplate
{
    protected override void Brew()
    {
        Console.WriteLine("用热水浸泡茶叶。");
    }

    protected override void AddCondiments()
    {
        Console.WriteLine("添加柠檬。");
    }
}

// 测试代码
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("制作咖啡：");
        BeverageTemplate coffee = new Coffee();
        coffee.PrepareBeverage();

        Console.WriteLine();

        Console.WriteLine("制作茶：");
        BeverageTemplate tea = new Tea();
        tea.PrepareBeverage();
    }
}

输出结果

制作咖啡：
烧水中...
用热水冲泡咖啡。
将饮品倒入杯中。
添加糖和牛奶。

制作茶：
烧水中...
用热水浸泡茶叶。
将饮品倒入杯中。
添加柠檬。

模板方法模式的优缺点

优点

1. 代码复用性高： 提取通用代码到抽象类中，避免重复代码。
2. 灵活性强： 子类可以灵活实现具体步骤，而无需改变算法结构。
3. 遵循开闭原则： 新增具体实现时，只需添加新子类，无需修改抽象类。

缺点

1. 继承关系局限： 如果抽象类发生变化，所有子类都需要修改。
2. 子类数量增加： 每个具体实现都需要一个子类。

适用场景

1. 一个操作有固定的步骤，但某些步骤需要子类定制化实现。
2. 有多个类的行为逻辑相似，但在细节实现上有所不同。

总结

模板方法模式是将不变的行为放在父类中，具体的实现延迟到子类中，从而实现了代码复用和灵活扩展。在实际开发中，例如工作流引擎、报表生成等场景，都可以看到模板方法模式的身影。