C++模板方法模式 算法骨架与步骤重定义

模板方法模式通过基类定义算法骨架，将具体步骤延迟到子类实现。基类中的模板方法为final且public，调用一系列可重写的protected步骤方法，确保流程统一的同时允许子类定制细节。步骤方法可为虚函数或纯虚函数，支持默认实现或强制重写，利用C++虚函数机制实现运行时多态。子类仅需重写特定方法，无需修改整体流程，提升代码复用与扩展性。典型应用场景包括数据处理、图像处理和文档导出等固定流程中部分可变的步骤。

模板方法模式在C++中通过基类定义算法骨架，把具体步骤延迟到子类中实现。这种方式既保证了整体流程的统一，又允许子类灵活重定义某些步骤，非常适合有固定流程但部分细节可变的场景。

算法骨架由基类控制

在模板方法模式中，基类通常是一个抽象类或带有虚函数的类，其中定义了一个或多个模板方法。这些模板方法是final的，不能被重写，它们按特定顺序调用一系列可被重写的步骤方法。

例如，一个数据处理流程可能包括加载数据、预处理、执行核心算法和保存结果。这个流程是固定的，但每一步的具体实现可能因场景而异。

• 模板方法通常是public的，表示对外暴露的流程入口
• 步骤方法通常是protected的，供子类重写
• 某些步骤可以提供默认实现，也可以是纯虚函数强制子类实现

步骤由子类具体实现或重定义

子类通过继承基类并重写protected的步骤方法来定制行为。模板方法在运行时会调用子类重写的方法，实现多态。

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

比如，图像处理框架可以定义统一的处理流程，但让不同算法继承并实现自己的滤波或增强逻辑。

• 子类不需要改变整体流程，只需关注自己需要修改的步骤
• 可以只重写部分方法，其他使用基类默认实现
• 支持组合多个可变步骤，提升复用性和扩展性

使用虚函数实现运行时多态

C++通过虚函数机制支持模板方法模式。基类中的步骤方法声明为virtual，子类用override关键字重写。

这样即使通过基类指针调用模板方法，也能正确执行子类的实现。

注意：为防止子类篡改整体流程，模板方法本身不应是虚函数，也不应被子类重写。

示例结构清晰易理解

假设我们要实现不同格式的文档导出流程：

• 基类定义Export()模板方法，包含prepare、generate、save三步
• prepare和save由子类决定（如PDF加水印，html生成目录）
• generate可能有默认文本生成方式，也可被重写

每个导出格式只需继承并实现自己关心的方法，无需复制整个流程代码。

基本上就这些。模板方法模式在C++中结合继承和虚函数，很好地分离了不变与可变部分，是行为型设计模式中非常实用的一种。