模板方法模式C++实现

Posted 2023-02-17 今天也要努力搬砖

参考书籍《Head First设计模式》

需求场景

           饮料店制作两种含咖啡因的饮料：茶和咖啡。茶和咖啡都包含以下4个步骤：

            1、把水煮沸

             2、冲泡

             3、把饮料倒进杯子

             4、加调料

           这4个步骤的顺序是固定的，不希望被改变的。其中第1步和第3步对茶和咖啡来说都是同样的处理方式，可以放在基类中处理。第3步和第4步针对两种饮料处理方式不同，其中茶需要用沸水侵泡茶叶，加牛奶（对，就是制作奶茶，哈哈哈），咖啡需要用沸水冲泡咖啡，加糖，这种不同的处理方式需要在子类中实现。

        基于上面的分析，可以得出以下类图结构

       

模式定义

        模板方法模式在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法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。

        类图如下

        

       如上面需求场景中，在咖啡因饮料基类中，定义制作饮料的步骤（prepareRecipe方法中），子类茶和咖啡都不能改变这个步骤，但具体的冲泡方法brew和加调料方法addCondiments在子类中被重新定义。

代码实现

         针对需求场景中的例子代码实现如下

        

// CaffeineBeverage.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//

#include <iostream>

//Base Class CaffeineBeverage
class CaffeineBeverage 
public:
    virtual void prepareRecipe()final//用final修饰不希望子类覆盖该方法
    
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    
    virtual void brew() = 0;
    virtual void addCondiments() = 0;

    void boilWater()
    
        std::cout << "Boiling water" << std::endl;
    

    void pourInCup()
    
        std::cout << "Pouring into cup" << std::endl;
    

;

//Concrete Class Tea
class Tea :public CaffeineBeverage 
public:
    virtual void brew()override
    
        std::cout << "Steeping the tea" << std::endl;
    
    virtual void addCondiments()override
    
        std::cout << "Adding milk" << std::endl;
    
;

//Concrete Class Coffee
class Coffee :public CaffeineBeverage 
public:
    virtual void brew()override
    
        std::cout << "Dripping COffe through filter" << std::endl;
    
    virtual void addCondiments()override
    
        std::cout << "Adding sugar" << std::endl;
    
;

int main()

    Tea myTea;
    Coffee myCoffee;
    myTea.prepareRecipe();

    std::cout <<  std::endl;

    myCoffee.prepareRecipe();

   运行测试效果如下

   

        

钩子函数

        钩子是一种被声明在基类中的方法，但只有空的或者默认的实现。钩子的存在可以让子类有能力对算法的不同点进行挂钩，要不要挂钩，由子类自行决定。

        以上面需求场景的例子举例钩子函数，我们加一个条件判断来决定是否要加调料，修改后代码如下

       

    virtual void prepareRecipe()final//用final修饰不希望子类覆盖该方法
    
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();

        if(customerWantsCondiments())
            addCondiments();
    

        其中 customerWantsCondiments()在基类中的默认实现返回true,子类可以覆盖这个方法，来具体决定是否需要加饮料，这个函数就是钩子函数。

    virtual bool customerWantsCondiments()
    
        return true;
    

         在子类茶Tea中具体实现这个钩子函数，决定是否要加调料,代码如下

         

    virtual bool Tea::customerWantsCondiments()override
    
        char wants = ' ';
        while (wants != 'Y' && wants != 'y'
            && wants != 'N' && wants != 'n')
        
            std::cout << "Would you like milk with your tea?(Y/N)" << std::endl;
            std::cin >> wants;
        
        if (wants == 'y' || wants == 'Y')
            return true;
        else if (wants == 'n' || wants == 'N')
            return false;
    

         测试代码，运行效果如下

        什么时候使用抽象方法，什么时候使用钩子？ 

       当子类必须提供算法中的某个方法或步骤的实现时使用抽象方法（纯虚函数），如果算法的函数是可选的就用钩子（虚函数），如果这个步骤不想被改变使用final修饰的虚函数。

      模板方法模式遵循 “别调用我，我会调用你”的设计原则，这防止了依赖腐败。当高层组件依赖底层组件，而底层组件又依赖高层组件，而高层组件又依赖边侧组件，而边侧组件又依赖底层组件时，依赖腐败就发生了。