Шаблонный метод — паттерн поведения классов.

Назначение

Шаблонный метод определяет основу алгоритма и позволяет подклассам переопределить некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.

Template Method: мотивация

Рассмотрим каркас приложения, в котором имеются классы Application и Document. Класс Application отвечает за открытие существующих документов, хранящихся во внешнем формате, например в виде файла. Объект класса Document представляет информацию документа после его прочтения из файла.

Приложения, построенные на базе этого каркаса, могут порождать подклассы от классов Application и Document, отвечающие конкретным потребностям. Например, графический редактор определит подклассы DrawApplication и DrawDocument, а электронная таблица — подклассы Spreadsheet Application и SpreadsheetDocument.

Рисунок 47

В абстрактном классе Application определен алгоритм открытия и считывания документа в операции OpenDocument.

Операция OpenDocument определяет все шаги открытия документа. Она проверяет, можно ли открыть документ, создает объект класса Document, добавляет его к набору документов и считывает документ из файла.

Операцию вида OpenDocument мы будем называть шаблонным методом, описывающим алгоритм в терминах абстрактных операций, которые замещены в подклассах для получения нужного поведения. Подклассы класса Appl icat ion выполняют проверку возможности открытия (CanOpenDocument) и создания документа (DoCreateDocument). Подклассы класса Document считывают документ (DoRead). Шаблонный метод определяет также операцию, которая позволяет подклассам Application получить информацию о том, что документ вот-вот будет открыт (AboutToOpenDocument). Определяя некоторые шаги алгоритма с помощью абстрактных операций, шаблонный метод фиксирует их последовательность, но позволяет реализовать их в подклассах классов Application и Document.

Template Method: применимость

Паттерн шаблонный метод следует использовать:

• Чтобы однократно использовать инвариантные части алгоритма, оставляя реализацию изменяющегося поведения на усмотрение подклассов;

• Когда нужно вычленить и локализовать в одном классе поведение, общее для всех подклассов, дабы избежать дублирования кода. Сначала идентифицируются различия в существующем коде, а затем они выносятся в отдельные операции. В конечном итоге различающиеся фрагменты кода заменяются шаблонным методом, из которого вызываются новые операции;

• Для управления расширениями подклассов. Можно определить шаблонный метод так, что он будет вызывать операции-зацепки в определенных точках, разрешив тем самым расширение только в этих точках.

Template Method: структура

Рисунок 48

Участники

• AbstractClass (Application) - абстрактный класс - определяет абстрактные примитивные операции, замещаемые в конкретных подклассах для реализации шагов алгоритма и реализует шаблонный метод, определяющий скелет алгоритма. Шаблонный метод вызывает примитивные операции, а также операции, определенные в классе AbstractClass или в других объектах;

• ConcreteClass (MyApplication) - конкретный класс - реализует примитивные операции, выполняющие шаги алгоритма способом, который зависит от подкласса.

Отношения

ConcreteClass предполагает, что инвариантные шаги алгоритма будут выполнены в AbstractClass.

Template Method: реализация

• Использование контроля доступа в C++. В этом языке примитивные операции, которые вызывает шаблонный метод, можно объявить защищенными членами. Тогда гарантируется, что вызывать их сможет только сам шаблонный метод. Примитивные операции, которые обязательно нужно замещать, объявляются как чисто виртуальные функции. Сам шаблонный метод замещать не надо, так что его можно сделать невиртуальной функцией-членом;

• Сокращение числа примитивных операций. Важной целью при проектировании шаблонных методов является всемерное сокращение числа примитивных операций, которые должны быть замещены в подклассах. Чем больше операций нужно замещать, тем утомительнее становится программирование клиента;

• Соглашение об именах. Выделить операции, которые необходимо заместить, можно путем добавления к их именам некоторого префикса. Например, в каркасе МасАрр для приложений на платформе Macintosh имена шаблонных методов начинаются с префикса Do: DoCreateDocument, DoRead и т.д.

Паттерн Visitor