模版模式

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模板方法模式作为一种行为设计模式，在超类中构建了一个算法框架，使得子类能够在不改变整体结构的前提下，对算法的特定步骤进行重写。

假设正在开发一款用于分析公司文档的数据挖掘程序。用户需向该程序输入多种格式（如PDF、DOC或CSV）的文档，程序则负责从这些文件中提取有意义的数据，并以统一格式返回给用户。此程序的初始版本仅支持DOC文件。在后续的版本中，程序增添了对CSV文件的支持。一个月后，程序又具备了从PDF文件中提取数据的能力。

经过一段时间的开发，发现这三个类中存在大量相似代码。尽管这些类处理不同数据格式的代码差异显著，但数据处理与分析的代码却近乎一致。若能在维持算法结构完整的情况下，去除重复代码，无疑是极为理想的。

此外，还存在另一个与使用这些类的客户端代码相关的问题：客户端代码中包含诸多条件语句，用于依据不同的处理对象类型，选择合适的处理流程。倘若所有处理数据的类都拥有相同的接口或基类，那么便可以去除客户端代码中的条件语句，转而运用多态机制，在处理对象上调用函数。

解决方案
模板方法模式主张将算法拆解为一系列步骤，随后将这些步骤转化为方法，最终在“模板方法”中按顺序调用这些方法。这些步骤既可以是抽象的，也可以具备一些默认实现。为了能够运用该算法，客户端需要自行提供子类，并实现所有的抽象步骤。如有必要，还需重写部分步骤（但不包括模板方法本身）。

模板方法将算法分解为步骤，并允许子类重写这些步骤，而不是重写实际的模板方法。

首先，将所有步骤声明为抽象类型，强制要求子类自行实现这些方法。在本示例中，子类已具备所有必要的实现，因此只需调整这些方法的签名，使其与超类的方法相匹配。

接下来，探讨如何去除重复代码。对于不同的数据格式，文件的打开与关闭以及数据的抽取和解析代码各不相同，所以无需对这些方法进行修改。然而，分析原始数据和生成报告等其他步骤的实现方式极为相似，故而可将其提取至基类中，以供子类共享。

如我们所见，存在两种类型的步骤：

• 抽象步骤：必须由各个子类来实现。
• 可选步骤：已有一些默认实现，但在必要时仍可进行重写。

此外，还有一种名为钩子的步骤。钩子是内容为空的可选步骤。即便不重写钩子，模板方法依旧能够正常工作。钩子通常设置在算法重要步骤的前后，为子类提供额外的算法扩展点。

模板方法模式结构

• 抽象类（Abstract­Class）：会声明作为算法步骤的方法，以及依次调用它们的实际模板方法。算法步骤既可以被声明为抽象类型，也可以提供一些默认实现。
• 具体类（Concrete­Class）：可以重写所有步骤，但不能重写模板方法自身。

考虑在数据挖掘应用中如何实现上述方案。我们可为图中的三个解析算法创建一个基类，该类将定义调用了一系列不同文档处理步骤的模板方法。

模板方法模式适合应用场景

• 当你仅期望客户端扩展某个特定算法步骤，而非整个算法或其结构时，可采用模板方法模式。模板方法将整个算法转化为一系列独立的步骤，便于子类对其进行扩展，同时还能使超类中所定义的结构保持完整。
• 当多个类的算法除一些细微差异外几乎完全相同时，可运用该模式。但需要注意的是，一旦算法发生变化，可能需要对所有相关类进行修改。在将算法转换为模板方法时，可将相似的实现步骤提取到超类中，以去除重复代码。子类间存在差异的代码可继续保留在子类中。

实现方式

• 分析目标算法，判断其是否能够分解为多个步骤。从所有子类的角度出发，明确哪些步骤具有通用性，哪些步骤存在差异。
• 创建抽象基类，并声明一个模板方法以及代表算法步骤的一系列抽象方法。在模板方法中，依据算法结构按顺序调用相应步骤。可使用final关键字修饰模板方法，以防止子类对其进行重写。
• 虽然可以将所有步骤都设置为抽象类型，但为部分步骤提供默认实现可能会带来益处，因为子类无需实现这些方法。
• 可考虑在算法的关键步骤之间添加钩子。
• 为每个算法变体创建一个具体子类，该子类必须实现所有的抽象步骤，也可以重写部分可选步骤。

模板方法模式优缺点

• 优点：
  • 仅允许客户端重写大型算法中的特定部分，降低算法其他部分修改对其造成的影响。
  • 能够将重复代码提取到一个超类中。
• 缺点：
  • 部分客户端可能会受到算法框架的限制。
  • 通过子类抑制默认步骤实现可能会导致违反里氏替换原则。
  • 模板方法中的步骤越多，其维护工作可能就越困难。

与其他模式的关系

• 工厂方法模式是模板方法模式的一种特殊形式。同时，工厂方法可以作为一个大型模板方法中的一个步骤。
• 模板方法基于继承机制：它允许你通过扩展子类中的部分内容来改变部分算法。策略模式基于组合机制：你可以通过对相应行为提供不同的策略来改变对象的部分行为。模板方法在类层次上运作，因此它是静态的。策略在对象层次上运作，因此允许在运行时切换行为。
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