掌握C++模板方法模式（深入理解设计模式在C++中的应用）

为什么使用模板方法模式？

当你在开发过程中发现多个类执行相似的流程，只是某些步骤的具体实现不同，这时就可以考虑使用C++模板方法模式。它可以：

• 避免重复代码（DRY原则）
• 将不变的部分封装在父类中，变化的部分延迟到子类实现
• 提高代码的可维护性和扩展性

模板方法模式的核心组成

模板方法模式通常包含以下几个角色：

• 抽象类（Abstract Class）：定义模板方法和若干抽象/具体方法
• 模板方法（Template Method）：一个具体方法，定义了算法的骨架，调用其他方法
• 基本方法（Primitive Operations）：可以是抽象方法（由子类实现）或钩子方法（提供默认实现）
• 具体子类（Concrete Subclasses）：实现抽象方法，完成特定步骤

C++代码示例：制作饮料

假设我们要制作不同类型的饮料（如茶和咖啡），它们的制作流程大致相同：烧水 → 冲泡 → 倒入杯中 → 添加调料。但冲泡和添加调料的具体方式不同。

#include <iostream>#include <string>// 抽象基类 - 定义模板方法class Beverage {public:    // 模板方法：定义算法骨架    void prepareRecipe() {        boilWater();        brew();        pourInCup();        addCondiments();    }protected:    // 具体方法（不变的部分）    void boilWater() {        std::cout << "烧开水..." << std::endl;    }    void pourInCup() {        std::cout << "倒入杯中..." << std::endl;    }    // 抽象方法（变化的部分，由子类实现）    virtual void brew() = 0;    virtual void addCondiments() = 0;};// 具体子类：茶class Tea : public Beverage {protected:    void brew() override {        std::cout << "用沸水浸泡茶叶..." << std::endl;    }    void addCondiments() override {        std::cout << "加入柠檬..." << std::endl;    }};// 具体子类：咖啡class Coffee : public Beverage {protected:    void brew() override {        std::cout << "用沸水冲泡咖啡粉..." << std::endl;    }    void addCondiments() override {        std::cout << "加入糖和牛奶..." << std::endl;    }};// 测试代码int main() {    std::cout << "制作一杯茶：" << std::endl;    Tea tea;    tea.prepareRecipe();    std::cout << "\n制作一杯咖啡：" << std::endl;    Coffee coffee;    coffee.prepareRecipe();    return 0;}

运行结果

程序输出如下：

制作一杯茶：烧开水...用沸水浸泡茶叶...倒入杯中...加入柠檬...制作一杯咖啡：烧开水...用沸水冲泡咖啡粉...倒入杯中...加入糖和牛奶...

进阶技巧：钩子方法（Hook Methods）

有时我们希望子类可以选择是否执行某个步骤。这时可以引入钩子方法——在抽象类中提供一个默认返回 false 的虚函数，子类可选择性重写。

// 在 Beverage 类中添加钩子方法virtual bool customerWantsCondiments() {    return true; // 默认添加调料}// 修改模板方法void prepareRecipe() {    boilWater();    brew();    pourInCup();    if (customerWantsCondiments()) {        addCondiments();    }}

总结

通过本教程，我们深入学习了C++模板方法模式的原理与实现。这种设计模式C++中的经典用法，能有效提升面向对象编程C++项目的结构清晰度和代码复用率。记住关键点：

• 模板方法必须是具体方法（非虚函数）
• 基本操作通常是 protected 虚函数
• 不要在模板方法中调用非虚函数来实现可变行为

掌握这些C++代码示例后，你就能在自己的项目中灵活运用模板方法模式，写出更优雅、更易维护的C++程序！