C++设计模式<三>:模板方法(Template Method 模式)
2016-04-07 18:32
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模式分类
1. GOF-23模式分类
从目的来看:创建型(Creational)模式:将对象的部分创建工作延迟到子类或其他对象,从而应对需求变化为创建时类型实现引来的冲击
结构性(structural)模式:通过类继承或对象组合获得更灵活的结构,从而应对需求变化为对象的结构带来的冲击
行为性(behavioral)模式:通过对类继承或对象组合来划分类与对象间的职责,从而应对需求变化为多个交互的对象带来的冲击
从范围来看:
类模式处理类与子类之间的静态关系(继承方案)
对象模式处理对象间的动态关系(组合方案)
2. 从封装变化角度对模式分类
3. 重构获得模式Refactoring to Patterns
面向对象设计模式是“好的面向对象设计”,所谓“好的面向对象设计”指的是那些可以满足“应对变化,提高复用”的设计现代软件设计的特征是“需求的频繁变化”。设计模式的要点是“寻求变化点,然后在变化点处应用设计模式,从而来更好地应对需求的变化”,“什么时候,什么地点应用设计模式”比“理解设计模式结构本身”更重要
设计模式的应用不宜先入为主,一上来就使用设计模式是对设计模式的最大误用。没有一步到位的设计模式。敏捷软件开发实践提倡的“Refactoring to Patterns” 是目前普遍公认的最好的使用设计模式的方法
就是说学习不要一上来就想着用那种设计模式,而是通过分析重构代码来使用学习设计模式,从而比较其优缺点。
4. 重构关键技法
静态->动态早绑定->晚绑定
继承->组合
编译时依赖->运行时依赖
紧耦合->松耦合
5. “组件协作”模式
现代软件专业分工后的第一个结果是“框架(或库)与应用程序的划分”,“组件协作”模式通过晚期绑定,来实现框架与应用程序之间的松耦组合,是二者之间协作时常用的模式就是说:先入境写应用程序时,一般会使用框架或lib来实现app,因此要处理好自己写的逻辑与框架或lib之间的关系。
Template Method模式
1.动机
在软件稳定构建过程中,对于一项任务,常有稳定的整体操作结构,但各个子步骤却有很多改变的需求,或者由于固定的原因而无法和任务的整体结构同时实现。如何确定稳定操作结构的前提下,来灵活应对各个子步骤的变化或晚期实现需求
先看结构化软件解决方法,伪代码如下
//程序库开发人员 class Library{ public: void Step1(){ //... } void Step3(){ //... } void Step5(){ //... } }; //应用程序开发人员 class Application{ public: bool Step2(){ //... } void Step4(){ //... } }; int main() { Library lib(); Application app(); lib.Step1(); if (app.Step2()){ lib.Step3(); } for (int i = 0; i < 4; i++){ app.Step4(); } lib.Step5(); } /* 这是一种结构化软件设计流程,lib开发人员开发1,3,5步骤;然后app开发人员开发2,4步骤,然后去写程序主程序 */
然而其实这个主程序流程是稳定的,因此有了以下面向对象软件设计流程
伪代码
//程序库开发人员 class Library{ public: //稳定 template method void Run(){ Step1(); if (Step2()) { //支持变化 ==> 虚函数的多态调用 Step3(); } for (int i = 0; i < 4; i++){ Step4(); //支持变化 ==> 虚函数的多态调用 } Step5(); } virtual ~Library(){ } //C++基类,虚析构函数,delete的时候会调到其正确的虚析构函数。 protected: void Step1() { //稳定 //..... } void Step3() {//稳定 //..... } void Step5() { //稳定 //..... } virtual bool Step2() = 0;//变化 virtual void Step4() =0; //变化 }; //应用程序开发人员 class Application : public Library { protected: virtual bool Step2(){ //... 子类重写实现 } virtual void Step4() { //... 子类重写实现 } }; int main() { Library* pLib=new Application(); //多态指针 lib->Run(); delete pLib; } } /* 其中由于程序整体流程结构是稳定的,lib开发人员开发1,3,5三个步骤,并开发程序主流程;app开发人员开发2,4两个步骤。 */
2. 早绑定和晚绑定
一个晚实现的东西调用一个早实现的东西,这个就叫早绑定非常主流的一种做法,如C语言一般这样做;反过来调用就是晚绑定。C++晚绑定机制:虚函数,函数指针。
3. template模式定义
定义一个操作中的算法的骨架(稳定),而将一些步骤延迟(变化)到子类中,Template Method使得子类可以不改变(复用)一个算法的结构即可重定义(overwrite重写)该算法的某些特定模式延迟到子类:就是定义一个虚函数,让子类去实现其虚函数。
4. 结构
其中TempalteMethod()是稳定的,而PrimitiveOperation1(),PrimitiveOperation2()是变化的。
5. 总结
template method模式是一种非常基础的设计模式,在面向对象系统中存在大量的应用,它用最简洁的机制(虚函数的多态性)为很多应用程序框架提供了灵活的扩展点,是代码复用的基本实现结构除了可以灵活应对子步骤的变化外,“不要调用我,让我来调用你”的反响控制结构是template method的典型应用
在具体实现方面,被template method调用的虚方法可以具有实现,也可以没有任何实现(抽象方法,纯虚方法),但一般推荐将他们设置为protected方法。
why protected?单独作为一个方法是没有意义的,只有作为一个流程的时才是有意义的,
稳定中有变化。前提条件run()必须稳定,否则template方法就不成立了。
设计模式补充
设计模式的假设条件:有一个稳定点,当然当所有都是稳定的或所有都是变化的,设计模式也没有意义;设计模式:在稳定(相对稳定)和变化寻求一个隔离点;
一个正常的体系结构:有变化有稳定;
绝大多数的框架里都有这个tempalte方法;
有个缺点:父类把步骤封装的很好了,子类只需要实现一些简单特定的东西,甚至连main程序都看不到(MFC中就是这样),这样如果我们需要学习就得去了解这个lib的流程
看任何一个设计模式:那些事稳定的,那些是变化的。
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