23种设计模式之《模板方法模式（Template Method）》在c#中的应用及理解

程序设计中的主要设计模式通常分为三大类，共23种：

1. 创建型模式（Creational Patterns）

• 单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

• 工厂方法模式（Factory Method）：定义创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。

• 抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口，而无需指定具体类。

• 建造者模式（Builder）：将一个复杂对象的构建与其表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示。

• 原型模式（Prototype）：通过复制现有对象来创建新对象。

2. 结构型模式（Structural Patterns）

• 适配器模式（Adapter）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。

• 桥接模式（Bridge）：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。

• 组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。

• 装饰器模式（Decorator）：动态地给对象添加职责，相比生成子类更为灵活。

• 外观模式（Facade）：为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。

• 享元模式（Flyweight）：通过共享技术有效地支持大量细粒度对象。

• 代理模式（Proxy）：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

3. 行为型模式（Behavioral Patterns）

• 责任链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者与接收者耦合。

• 命令模式（Command）：将请求封装为对象，使你可以用不同的请求对客户进行参数化。

• 解释器模式（Interpreter）：给定一个语言，定义其文法的一种表示，并定义一个解释器。

• 迭代器模式（Iterator）：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部表示。

• 中介者模式（Mediator）：定义一个中介对象来封装一系列对象之间的交互。

• 备忘录模式（Memento）：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。

• 观察者模式（Observer）：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖者都会收到通知并自动更新。

• 状态模式（State）：允许对象在其内部状态改变时改变其行为。

• 策略模式（Strategy）：定义一系列算法，将它们封装起来，并使它们可以互相替换。

• 模板方法模式（Template Method）：定义一个操作中的算法骨架，将一些步骤延迟到子类中。

• 访问者模式（Visitor）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

4.模板方法模式（Template Method Pattern）解释

模板方法模式是一种行为设计模式，它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算法的某些步骤。模板方法模式的核心思想是将算法的通用部分放在父类中，而将可变的部分留给子类去实现。

模板方法模式的主要组成部分包括：

1. ​抽象类（Abstract Class）​：定义了一个模板方法，该方法包含了算法的骨架。模板方法通常会调用一些抽象方法或钩子方法，这些方法由子类实现。
2. ​具体类（Concrete Class）​：实现了抽象类中的抽象方法或钩子方法，从而具体化了算法的某些步骤。

模板方法模式的关键在于：​父类控制算法的流程，子类实现具体的步骤。这种方式可以避免代码重复，并且使得算法的扩展更加灵活。

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5.C# 实现模板方法模式的演示代码

csharp

using System;// 抽象类：定义模板方法和算法的骨架
public abstract class AbstractClass
{// 模板方法：定义了算法的流程public void TemplateMethod(){Step1();Step2();Step3();HookMethod(); // 钩子方法，子类可以选择是否重写}// 具体步骤1：抽象方法，子类必须实现protected abstract void Step1();// 具体步骤2：抽象方法，子类必须实现protected abstract void Step2();// 具体步骤3：默认实现，子类可以选择是否重写protected virtual void Step3(){Console.WriteLine("AbstractClass: Default implementation of Step3");}// 钩子方法：默认实现，子类可以选择是否重写protected virtual void HookMethod(){Console.WriteLine("AbstractClass: Default implementation of HookMethod");}
}// 具体类A：实现抽象类中的抽象方法
public class ConcreteClassA : AbstractClass
{protected override void Step1(){Console.WriteLine("ConcreteClassA: Step1");}protected override void Step2(){Console.WriteLine("ConcreteClassA: Step2");}// 重写Step3，提供自定义实现protected override void Step3(){Console.WriteLine("ConcreteClassA: Custom implementation of Step3");}// 重写钩子方法，提供自定义实现protected override void HookMethod(){Console.WriteLine("ConcreteClassA: Custom implementation of HookMethod");}
}// 具体类B：实现抽象类中的抽象方法
public class ConcreteClassB : AbstractClass
{protected override void Step1(){Console.WriteLine("ConcreteClassB: Step1");}protected override void Step2(){Console.WriteLine("ConcreteClassB: Step2");}// 不重写Step3，使用默认实现// 不重写HookMethod，使用默认实现
}// 客户端代码
class Program
{static void Main(string[] args){Console.WriteLine("Client: Testing ConcreteClassA");AbstractClass classA = new ConcreteClassA();classA.TemplateMethod();Console.WriteLine("\nClient: Testing ConcreteClassB");AbstractClass classB = new ConcreteClassB();classB.TemplateMethod();}
}

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6.代码说明

1. ​抽象类（AbstractClass）​：

   • 定义了模板方法 TemplateMethod，它包含了算法的骨架。
   • 包含两个抽象方法 Step1 和 Step2，子类必须实现。
   • 包含一个默认实现的方法 Step3，子类可以选择是否重写。
   • 包含一个钩子方法 HookMethod，子类可以选择是否重写。

2. ​具体类A（ConcreteClassA）​：

   • 实现了抽象方法 Step1 和 Step2。
   • 重写了 Step3 和 HookMethod，提供了自定义实现。

3. ​具体类B（ConcreteClassB）​：

   • 实现了抽象方法 Step1 和 Step2。
   • 没有重写 Step3 和 HookMethod，使用默认实现。

4. ​客户端代码：

   • 创建了 ConcreteClassA 和 ConcreteClassB 的实例，并调用它们的 TemplateMethod，展示了不同子类的行为。

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7.运行结果

Client: Testing ConcreteClassA
ConcreteClassA: Step1
ConcreteClassA: Step2
ConcreteClassA: Custom implementation of Step3
ConcreteClassA: Custom implementation of HookMethodClient: Testing ConcreteClassB
ConcreteClassB: Step1
ConcreteClassB: Step2
AbstractClass: Default implementation of Step3
AbstractClass: Default implementation of HookMethod

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8.总结

模板方法模式通过将算法的框架放在父类中，而将具体步骤的实现交给子类，实现了代码的复用和扩展性。它的主要优点包括：

1. ​代码复用：算法的通用部分在父类中实现，避免了代码重复。
2. ​扩展性：子类可以灵活地实现或重写某些步骤，而不需要修改算法的整体结构。
3. ​控制流程：父类控制算法的流程，子类只需关注具体的实现细节。

模板方法模式常用于框架设计、算法实现等场景，例如在开发库或框架时，可以为用户提供一个可扩展的算法模板。