一文揭秘！C語(yǔ)言能用模板方法模式嗎?

模板方法模式是一種行為型設(shè)計(jì)模式，將規(guī)律方法沉淀成一種固定的格式，固化到模板中供子類(lèi)繼承，對(duì)未確定的步驟方法進(jìn)行抽象，具體的實(shí)現(xiàn)放在子類(lèi)中。模板方法定義一個(gè)操作的算法框架，實(shí)現(xiàn)其中一部分確定的步驟方法，對(duì)于另外一部分不確定的步驟方法就定義成抽象方法行為，這一部分具體的實(shí)現(xiàn)放在子類(lèi)中。模板方法使子類(lèi)可以在不改變算法框架的前提下，實(shí)現(xiàn)或者重新定義算法中的某些步驟方法。

模板方法的方法及頂層控制邏輯定義在父類(lèi)中，在方法的定義中使用抽象方法，實(shí)際的方法功能實(shí)現(xiàn)是由子類(lèi)完成的，因此不同的子類(lèi)執(zhí)行會(huì)得到不同的實(shí)現(xiàn)結(jié)果，但是處理流程還是按照父類(lèi)實(shí)現(xiàn)的方式。模板方法及頂層的控制邏輯不能被子類(lèi)修改，通過(guò)子類(lèi)繼承的方式實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展，也就是說(shuō)功能的擴(kuò)展對(duì)修改關(guān)閉，對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放，這遵循了開(kāi)閉原則。另外，父類(lèi)的實(shí)現(xiàn)依賴底層的接口，而不是依賴具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這遵循了依賴倒置的原則。

與模板方法模式相關(guān)的設(shè)計(jì)模式：

工廠方法模式：工廠方法模式(詳見(jiàn)：一文搞懂怎么用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)工廠方法模式)是模板方法模式的特殊情況，它使用子類(lèi)來(lái)產(chǎn)生對(duì)象實(shí)例。策略模式：策略模式(后續(xù)的文章會(huì)詳解)會(huì)切換整個(gè)算法，不是修改算法中某一步驟的實(shí)現(xiàn)方式。在設(shè)計(jì)一個(gè)軟件系統(tǒng)時(shí)，會(huì)遇到如下問(wèn)題：知道一個(gè)算法的關(guān)鍵步驟，并且確定了這些步驟的執(zhí)行流程，但是某些步驟的具體實(shí)現(xiàn)是未知的。這就需要模板方法模式了，它把我們不知道具體實(shí)現(xiàn)的步驟封裝成抽象方法，提供一個(gè)按順序調(diào)用它們的具體方法，提供給外部調(diào)用，這樣構(gòu)成了一個(gè)抽象基類(lèi)。子類(lèi)通過(guò)繼承這個(gè)抽象基類(lèi)去實(shí)現(xiàn)各個(gè)步驟的抽象方法，具體的處理流程是由父類(lèi)控制的。

AbstractClass(抽象基類(lèi))：定義原始操作步驟的抽象方法(primitiveMethod)供子類(lèi)實(shí)現(xiàn)，并作為在模板方法中被調(diào)用的一個(gè)步驟。此外，實(shí)現(xiàn)了不可重寫(xiě)的模板方法(templateMethod)，將所有原始操作組織起來(lái)成為一個(gè)算法框架或者平臺(tái)。ConcreteClassA、ConcreteClassB(實(shí)現(xiàn)類(lèi)A、實(shí)現(xiàn)類(lèi)B)：繼承抽象基類(lèi)，并且對(duì)其中的原始操作進(jìn)行分步實(shí)現(xiàn)，可以有多種實(shí)現(xiàn)以呈現(xiàn)每個(gè)步驟的多樣性?？偨Y(jié)下來(lái)使用場(chǎng)景如下：

各子類(lèi)中有公共的行為步驟可以提取出來(lái)放到一個(gè)父類(lèi)中避免代碼的重復(fù)。父類(lèi)中實(shí)現(xiàn)算法框架不變的部分，其中可變的行為方法留給子類(lèi)實(shí)現(xiàn)。允許子類(lèi)在特定點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展。模式動(dòng)機(jī)

在嵌入式的應(yīng)用場(chǎng)景中，管理資源(例如文件、內(nèi)存)是一件非常麻煩、非常容易出錯(cuò)的事情。因?yàn)樵诜峙滟Y源后，還必須釋放資源。例如fopen()打開(kāi)文件后，必須要使用fclose()來(lái)關(guān)閉文件，而使用malloc申請(qǐng)內(nèi)存資源后，就必須使用free()函數(shù)來(lái)釋放內(nèi)存。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)工作中，稍微對(duì)malloc不注意就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。而模板方法模式堪稱預(yù)防這類(lèi)低級(jí)錯(cuò)誤的神器!

在軟件構(gòu)建過(guò)程中，對(duì)于某一項(xiàng)任務(wù)，它常常有穩(wěn)定的整體操作結(jié)構(gòu)，但各個(gè)子步驟卻有很多改變的需求，或者由于固有的原因(比如框架與應(yīng)用之間的關(guān)系)而無(wú)法和任務(wù)的整體結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)。比如你要從北京去上海出差，出差的工作是不變的，但是使用的交通工具卻有不同的方式，可能有火車(chē)、可能飛機(jī)、可能開(kāi)車(chē)。如果寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)，則每次都要寫(xiě)一個(gè)不同的類(lèi)，并且類(lèi)中實(shí)現(xiàn)功能幾乎一樣，大量重復(fù)的邏輯，相信你已經(jīng)聞到這里面的一些壞味道了。 這種整體功能穩(wěn)定，但是子步驟經(jīng)常改變的需求，就可以使用模板方法設(shè)計(jì)模式來(lái)優(yōu)化。

場(chǎng)景案例

場(chǎng)景：現(xiàn)在硬盤(pán)卡上存放了多部電影，我們需要在電腦上隨機(jī)讀取播放。

假設(shè)我們動(dòng)態(tài)申請(qǐng)1G的內(nèi)存空間來(lái)存放視頻，如果女主是美女，那么正常播放視頻，播放完后退出程序。如果女主長(zhǎng)相感人，則立馬退出程序!

在上面的代碼實(shí)現(xiàn)中，管理內(nèi)存和使用內(nèi)存的代碼耦合在一起。在每個(gè)分支情況里面，必須時(shí)刻注意內(nèi)存的使用和釋放情況(比如在本例中，free函數(shù)就出現(xiàn)了兩次)。隨著各種程序中的分支越來(lái)越多、越來(lái)越龐大，有時(shí)候很容易忽略對(duì)內(nèi)存的釋放，從而引起內(nèi)存泄漏。

解決方案

編寫(xiě)類(lèi)似這種資源處理相關(guān)的代碼，之所以很麻煩，是因?yàn)橘Y源管理和資源使用的代碼耦合在一起了，我們只要通過(guò)定義一個(gè)模板方法函數(shù)，來(lái)分離這兩部分的代碼，就可以避免它們各種復(fù)雜的組合情況處理了。請(qǐng)看下面?zhèn)未a:

在上面的代碼實(shí)現(xiàn)中，我們通過(guò)定義一個(gè)模板函數(shù)，使得資源的分配和釋放都統(tǒng)一在模板函數(shù)中完成了，避免了分配資源后容易忘記釋放的問(wèn)題。在資源使用過(guò)程中，可以更專(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，各函數(shù)的職責(zé)更加清晰。

內(nèi)存的分配釋放，可能會(huì)在代碼中多次出現(xiàn)。這時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地調(diào)用模板方法函數(shù)即可，一定程度上減少了代碼重復(fù)。而以后資源的使用場(chǎng)景發(fā)生變化的話，也只要再新增一個(gè)類(lèi)似act_movie的函數(shù)即可。

總結(jié)

這就是c語(yǔ)言中的模板方法模式，重點(diǎn)在于封裝不變部分，擴(kuò)展可變部分。對(duì)不變部分合理封裝，既可以預(yù)防程序出錯(cuò)，也可以提取公眾部分代碼，減少代碼重復(fù)。