Python设计模式详解之13 —— 模板方法模式

Template Method 设计模式 是一种行为型设计模式，用于定义一个操作的骨架，将某些步骤延迟到子类中实现，从而允许子类在不改变整体算法结构的情况下重新定义某些步骤。

在 Python 中，Template Method 模式通常使用基类的方法来定义通用算法框架，并通过子类覆盖特定步骤实现具体逻辑。

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结构

1. 抽象类: 提供算法的骨架，包含模板方法（定义算法步骤的顺序）和一些需要子类实现的抽象方法。
2. 具体类: 实现抽象方法，定义算法的具体步骤。

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代码示例

from abc import ABC, abstractmethod

class AbstractWorkflow(ABC):
    """抽象类，定义算法的骨架"""

    def template_method(self):
        """模板方法，定义算法的框架"""
        self.step_one()
        self.step_two()
        self.hook()  # 可选步骤
        self.step_three()

    def step_one(self):
        """通用步骤"""
        print("Step 1: Common implementation.")

    @abstractmethod
    def step_two(self):
        """需要子类实现的抽象方法"""
        pass

    @abstractmethod
    def step_three(self):
        """需要子类实现的抽象方法"""
        pass

    def hook(self):
        """钩子方法，子类可选择性覆盖"""
        print("Default hook: Optional step.")

class ConcreteWorkflowA(AbstractWorkflow):
    """具体实现 A"""

    def step_two(self):
        print("Step 2 (A): Specific implementation for A.")

    def step_three(self):
        print("Step 3 (A): Specific implementation for A.")

class ConcreteWorkflowB(AbstractWorkflow):
    """具体实现 B"""

    def step_two(self):
        print("Step 2 (B): Specific implementation for B.")

    def step_three(self):
        print("Step 3 (B): Specific implementation for B.")

    def hook(self):
        print("Custom hook: Overridden by B.")

# 客户端代码
def client_code(workflow: AbstractWorkflow):
    workflow.template_method()

if __name__ == "__main__":
    print("Running ConcreteWorkflowA:")
    client_code(ConcreteWorkflowA())

    print("\nRunning ConcreteWorkflowB:")
    client_code(ConcreteWorkflowB())

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运行结果

Running ConcreteWorkflowA:
Step 1: Common implementation.
Step 2 (A): Specific implementation for A.
Default hook: Optional step.
Step 3 (A): Specific implementation for A.

Running ConcreteWorkflowB:
Step 1: Common implementation.
Step 2 (B): Specific implementation for B.
Custom hook: Overridden by B.
Step 3 (B): Specific implementation for B.

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模式要点

1. 模板方法: 定义算法骨架，控制步骤的调用顺序。
2. 抽象方法: 强制子类实现特定步骤。
3. 钩子方法: 提供可选的扩展点，允许子类覆盖。
4. 封装不变部分: 将通用逻辑放在基类中，确保不被子类破坏。
5. 开放/封闭原则: 算法结构对扩展开放，对修改封闭。

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优点

• 避免重复代码，将通用逻辑提取到基类。
• 子类只需关注特定步骤的实现，简化开发。
• 灵活扩展特定步骤，而无需修改算法框架。

缺点

• 如果算法步骤较多，可能导致类数量增加。
• 继承限制了灵活性，无法动态改变算法步骤。

适用场景

• 多个子类需要共享算法的通用部分。
• 需要通过子类定制算法的某些步骤。