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：

AbstractClass（抽象类）： 定义算法的骨架，包括模板方法和抽象方法。
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：

烧水。
冲泡饮品（咖啡或茶）。
倒入杯中。
添加配料（糖、牛奶或柠檬）。

代码实现

csharp 复制代码

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

代码复用性高： 提取通用代码到抽象类中，避免重复代码。
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。
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

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

适用场景

一个操作有固定的步骤，但某些步骤需要子类定制化实现。
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。