模板方法設(shè)計(jì)模式是一種行為設(shè)計(jì)模式，它在父類中定義了一個(gè)算法的框架，允許子類在不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下覆蓋算法的某些步驟。

模板方法設(shè)計(jì)模式的組成部分：

1. 抽象類(Abstract Class): 定義了一系列的步驟（方法），并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模板方法。這個(gè)模板方法按順序執(zhí)行這些步驟。步驟中的一部分可能是抽象的，這些需要由子類提供具體實(shí)現(xiàn)。
2. 具體類(Concrete Class): 繼承自抽象類，并實(shí)現(xiàn)了其抽象方法來(lái)完成特定的步驟。

模板方法設(shè)計(jì)模式的優(yōu)點(diǎn)：

• 固定算法的骨架，減少代碼冗余。
• 子類可以重新定義算法的某些特定步驟而不改變算法的結(jié)構(gòu)。
• 具體實(shí)現(xiàn)步驟被分離到子類中，保持高層次結(jié)構(gòu)的清晰和簡(jiǎn)潔。

使用場(chǎng)景

1. 固定流程的算法

當(dāng)算法具有固定的步驟流程，且個(gè)別步驟在不同情況下可能有所不同時(shí)，可以使用模板方法。例如，在數(shù)據(jù)處理中常見(jiàn)的“讀取-處理-寫入”流程。

2. 代碼復(fù)用

當(dāng)多個(gè)類共享部分相同的邏輯，而這些邏輯的順序又是固定的，可以將共通邏輯移至一個(gè)抽象基類中，并通過(guò)模板方法暴露出需要子類實(shí)現(xiàn)的抽象步驟。

3. 控制子類擴(kuò)展點(diǎn)

當(dāng)希望控制子類的擴(kuò)展行為，確保子類只能改變某些特定的部分時(shí)，可以通過(guò)模板方法來(lái)規(guī)范這些擴(kuò)展點(diǎn)，防止子類破壞原有算法的結(jié)構(gòu)。

4. 鉤子方法的使用

在某些情況下，算法的步驟可以是可選的。通過(guò)引入鉤子（hook）方法，允許子類決定是否對(duì)某個(gè)步驟進(jìn)行重寫或擴(kuò)展。

5. 高層組件定義算法框架

在軟件架構(gòu)中，高層組件可能會(huì)定義整體的處理框架，而將具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)留給底層組件去完成。這樣可以更好地管理復(fù)雜系統(tǒng)中的代碼復(fù)雜度和維護(hù)性。

實(shí)際應(yīng)用示例

• 軟件構(gòu)建過(guò)程： 編譯、鏈接、測(cè)試等步驟通常是固定的，但是對(duì)于不同類型的項(xiàng)目（如Java項(xiàng)目、C++項(xiàng)目），各個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)方式可能不同。
• Web頁(yè)面渲染： 頁(yè)面的加載通常遵循一定流程（如加載資源、渲染界面等），而具體每一步如何實(shí)現(xiàn)可能根據(jù)不同頁(yè)面有所差異。
• 游戲中的AI行為： 游戲AI可能有一系列固定的決策流程（如感知環(huán)境、制定策略、執(zhí)行動(dòng)作），但是具體的策略和動(dòng)作則由具體模型實(shí)現(xiàn)。

代碼示例

假設(shè)我們有一個(gè)游戲應(yīng)用程序，其中有一系列的游戲，每個(gè)游戲都有啟動(dòng)、玩和結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)流程。這個(gè)流程可以用模板方法設(shè)計(jì)模式來(lái)表示。

// 抽象類，代表游戲的通用模板
abstract class Game {
    // 模板方法，定義了游戲的運(yùn)行流程
    final void playGame() {
        initialize();
        startPlay();
        endPlay();
    }

    // 初始化游戲
    abstract void initialize();

    // 開(kāi)始玩游戲
    abstract void startPlay();

    // 結(jié)束游戲
    abstract void endPlay();
}

// 具體類，代表足球游戲
class FootballGame extends Game {
    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
    }

    @Override
    void startPlay() {
        System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
    }

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Football Game Finished!");
    }
}

// 具體類，代表籃球游戲
class BasketballGame extends Game {
    @Override
    void initialize() {
        System.out.println("Basketball Game Initialized! Start playing.");
    }

    @Override
    void startPlay() {
        System.out.println("Basketball Game Started. Enjoy the game!");
    }

    @Override
    void endPlay() {
        System.out.println("Basketball Game Finished!");
    }
}