23种设计模式 - 模板方法

模式定义

模板方法模式(Template Method Pattern)是一种行为型设计模式,它通过定义算法的骨架(固定步骤),允许子类在不改变算法结构的情况下重写特定步骤。该模式的核心是将通用流程封装在基类中,通过继承实现扩展。


模式结构

抽象基类(AbstractClass)

  • 定义模板方法 execute(),包含固定执行流程(如初始化→加工→收尾)
  • 声明纯虚函数(如 performMachining())用于子类实现可变步骤
    具体子类(ConcreteClass)
  • 实现基类中的抽象方法,定义具体加工逻辑(如钻孔、铣削)
    客户端(Client)
  • 通过基类指针/引用调用模板方法,实现多态执行

适用场景

流程标准化:数控系统中不同加工类型共享相同执行流程(如预热→加工→冷却)

代码复用:避免重复编写通用步骤代码(如设备初始化)

扩展性需求:新增加工类型只需继承基类并实现特定步骤


C++示例(数控系统场景)

场景说明:

数控系统需要统一管理不同加工类型(钻孔/铣削)的执行流程,确保所有加工任务都遵循初始化→加工→清理的标准步骤。

cpp 复制代码
#include 

// 抽象基类:加工流程模板
class MachiningProcess {
public:
    // 模板方法(固定流程)
    void execute() {
        initialize();
        performMachining();
        finalize();
    }

protected:
    // 通用步骤(基类实现)
    void initialize() { 
        std::cout << "设备初始化完成" << std::endl; 
    }
    void finalize() { 
        std::cout << "清理加工环境" << std::endl << std::endl; 
    }

    // 可变步骤(子类实现)
    virtual void performMachining() = 0;
};

// 具体子类:钻孔流程
class DrillingProcess : public MachiningProcess {
protected:
    void performMachining() override {
        std::cout << "执行钻孔:转速2500rpm,深度10mm" << std::endl;
    }
};

// 具体子类:铣削流程
class MillingProcess : public MachiningProcess {
protected:
    void performMachining() override {
        std::cout << "执行铣削:进给速度500mm/min,切削宽度5mm" << std::endl;
    }
};

int main() {
    MachiningProcess* process1 = new DrillingProcess();
    process1->execute();  // 输出钻孔流程

    MachiningProcess* process2 = new MillingProcess();
    process2->execute();  // 输出铣削流程

    delete process1;
    delete process2;
    return 0;
}

输出结果

复制代码
设备初始化完成  
执行钻孔:转速2500rpm,深度10mm  
清理加工环境  

设备初始化完成  
执行铣削:进给速度500mm/min,切削宽度5mm  
清理加工环境  

实现要点

模板方法封装流程:execute() 方法定义了不可变的执行顺序

钩子方法隔离变化:performMachining() 由子类实现具体加工逻辑

开闭原则:新增加工类型只需继承基类,无需修改现有代码

通过该模式,数控系统可以统一管理各类加工任务的执行流程,同时支持灵活扩展新的加工类型。

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