设计模式 Day 10：模板方法模式（Template Method Pattern）完整讲解与实战应用

回顾 Day 9：命令模式要点

在 Day 9 中，我们学习了命令模式（Command Pattern）：

• 用于将“请求”封装为对象，实现请求与执行者的解耦。
• 可支持操作的撤销、重做、批量执行等复杂行为控制。
• 在遥控器控制、任务队列、UI 事件系统中广泛应用。

而今天的模板方法模式，强调的是：

在一个抽象流程中定义“固定结构”，而将可变步骤交给子类来实现。

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一、模板方法模式是什么？

模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，用于：

• 定义一套算法骨架，在抽象类中写好执行流程
• 让子类去“定制”部分步骤（而不是整体流程）
  

✅ 关键点：

不变的流程 + 可变的步骤

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二、适用场景

场景类型	示例描述
流程固定的算法骨架	报表导出流程、文档解析、代码生成等
钩子函数调用场景	操作系统回调、生命周期钩子
多子类复用共同行为	数据抓取流程、文件处理、协议接入

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三、结构图（UML）

+---------------------+
| AbstractClass       |
+---------------------+
| +templateMethod()   |
| +step1()            |
| +step2()            |
+---------------------+
          /\
         /  \
+-------------------+   +-------------------+
| ConcreteClassA     |   | ConcreteClassB     |
+-------------------+   +-------------------+
| +step2() override  |   | +step2() override  |
+-------------------+   +-------------------+

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四、C++ 实现：数据导出系统

我们实现一个数据导出器：支持将数据导出为 CSV、JSON 两种格式。

✅ 抽象模板类

class DataExporter {
public:
    void exportData() {
        readData();
        formatData();
        writeToFile();
    }

    virtual ~DataExporter() = default;

protected:
    virtual void readData() {
        std::cout << "读取原始数据..." << std::endl;
    }

    virtual void formatData() = 0; // 子类必须实现

    virtual void writeToFile() {
        std::cout << "写入文件完成。" << std::endl;
    }
};

✅ 子类实现（CSV 导出器）

class CsvExporter : public DataExporter {
protected:
    void formatData() override {
        std::cout << "格式化为 CSV 格式..." << std::endl;
    }
};

✅ 子类实现（JSON 导出器）

class JsonExporter : public DataExporter {
protected:
    void formatData() override {
        std::cout << "格式化为 JSON 格式..." << std::endl;
    }
};

✅ 使用代码

int main() {
    std::unique_ptr<DataExporter> exporter;

    exporter = std::make_unique<CsvExporter>();
    exporter->exportData();

    exporter = std::make_unique<JsonExporter>();
    exporter->exportData();

    return 0;
}

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五、特点总结：优点与缺点

✅ 优点：

• 代码复用性高：流程写一遍，子类共享结构
• 扩展灵活：只需重写步骤函数即可扩展新行为
• 强制执行顺序：子类无法篡改流程结构

❗ 缺点：

• 增加类数量（每种行为都要写个子类）
• 对子类开发者要求较高（必须理解父类结构）

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六、实战场景参考

场景名称	模板流程说明
报表导出引擎	读取数据 → 格式化 → 输出 CSV/JSON/Excel
编译器前端	词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → 生成中间码
网络协议处理	接收请求 → 校验 → 解包 → 应答
游戏生命周期	Init → Start → Update → Destroy
业务模板系统	加载配置 → 数据处理 → 日志记录

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七、与策略模式的对比回顾

模式	模板方法模式	策略模式
目的	固定流程 + 可定制步骤	动态切换算法
调用者角色	调用方始终调用 templateMethod()	外部显式切换策略对象
子类行为控制力	只允许重写“步骤”，流程固定	每个策略完全独立

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八、面试回答模板

“我们有一套导出系统使用模板方法模式设计。父类封装了导出的主流程，子类如 CsvExporter 和 JsonExporter 只需要重写格式化步骤。这样可以保证流程的一致性，并方便后期扩展其他格式（如 XML、Excel），而不影响整体框架。”

✅ 加分项：结合生命周期钩子、数据处理框架，强调“一致性 + 定制性”。

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九、记忆口诀

“流程归一父类写，细节自留子类做，钩子控制定结构，复用规范皆不破。”

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十、明日预告：Day 11

责任链模式（Chain of Responsibility）：事件/请求依次传递，灵活组合处理链条，打造解耦的响应系统。