Шаблонный метод (шаблон проектирования)

Шаблонный метод
Шаблонный метод
	Template method
Тип	поведенческий
Структура
Описан в Design Patterns	Да

Шаблонный метод (англ. Template method) — поведенческий шаблон проектирования, определяющий основу алгоритма и позволяющий наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.

Применимость

Однократное использование инвариантной части алгоритма, с оставлением изменяющейся части на усмотрение наследникам.
Локализация и вычленение общего для нескольких классов кода для избегания дублирования.
Разрешение расширения кода наследниками только в определенных местах.

Участники

Abstract class (абстрактный класс) — определяет абстрактные операции, замещаемые в наследниках для реализации шагов алгоритма; реализует шаблонный метод, определяющий скелет алгоритма. Шаблонный метод вызывает замещаемые и другие, определенные в Abstract class, операции.

Concrete class (конкретный класс) — реализует замещаемые операции необходимым для данной реализации способом.

Concrete class предполагает, что инвариантные шаги алгоритма будут выполнены в AbstractClass.

Примеры

В примерах шаблонный метод реализуется для игр.

C++11

Исходный текст на языке C++11

/**
 * An abstract class that is common to several games in
 * which players play against the оthers, but only one is
 * playing at a given time.
 */

class GameObject
{
protected:
    int PlayersCount;

    virtual bool EndOfGame() = 0;
    virtual void InitializeGame() = 0;
    virtual void MakePlay(int player) = 0;
    virtual void PrintWinner() = 0;

public:
    /* A template method: */
    void PlayOneGame(int playersCount)
    {
        PlayersCount = playersCount;
        InitializeGame();

        int j = 0;

        while (!EndOfGame()) {
            MakePlay(j);
            j = (j + 1) % playersCount;
        }

        PrintWinner();
    }
};

class Monopoly : public GameObject
{
protected:
    /* Implementation of necessary concrete methods */
    void InitializeGame() override
    {
        // Initialize money
    }

    void MakePlay(int player) override
    {
        // Process one turn of player
    }

    bool EndOfGame() override
    {
        return true;
    }

    void PrintWinner() override
    {
        // Display who won
    }
};

class Chess : public GameObject
{
protected:
    /* Implementation of necessary concrete methods */
    void InitializeGame() override
    {
        // Put the pieces on the board
    }

    void MakePlay(int player) override
    {
        // Process a turn for the player
    }

    bool EndOfGame() override
    {
        // Return true if in Checkmate or Stalemate has been reached
        return true;
    }

    void PrintWinner() override
    {
        // Display the winning player
    }
};

int main()
{
    GameObject* game = new Monopoly();
   
    game->PlayOneGame(2);

    return 0;
}

Java

Исходный текст на языке Java

package com.designpatterns.templatemethod;

/*	Коды разновидностей игр.
 *
 *      Файл GameCode.java      
 * */

public enum GameCode {
	CHESS,
	MONOPOLY
}

/* 	Абстрактный класс, реализация абстрактных методов которого будет специфичной для каждого вида игры. 
 *
 *      Файл Game.java
 * */

public abstract class Game {

	private int playersAmount;
	
	protected abstract void initializeGame();
	
	protected abstract void playGame();
	
	protected abstract void endGame();
	
	protected abstract void printWinner();
	
	public final void playOneGame(int playersAmount){
		setPlayersAmount(playersAmount);
		
		initializeGame();
		playGame();
		endGame();
		
		printWinner();
	}
        
    public void setPlayersAmount(int playersAmount){
		this.playersAmount = playersAmount;
	}
	
}

package com.designpatterns.templatemethod;

/*	Игра "Шахматы". Специфически только для шахмат реализует методы класса Game.
 *
 *      Файл Chess.java
 * */

public class Chess extends Game {

	@Override
	protected void initializeGame() {
		// chess specific initialization actions
	}

	@Override
	protected void playGame() {
		// chess specific play actions
	}

	@Override
	protected void endGame() {
		// chess specific actions to end a game
	}

	@Override
	protected void printWinner() {
		// chess specific actions to print winner
	}

}

package com.designpatterns.templatemethod;

/*	Игра "Монополия". Специфически только для монополии реализует методы класса Game.
 *
 *      Файл Monopoly.java
 * */

public class Monopoly extends Game{

	@Override
	protected void initializeGame() {
		// monopoly specific initialization actions
	}

	@Override
	protected void playGame() {
		// monopoly specific play actions
	}

	@Override
	protected void endGame() {
		// monopoly specific actions to end a game
	}

	@Override
	protected void printWinner() {
		// monopoly specific actions to print winner
	}

}

package com.designpatterns.templatemethod;

/*	Класс, показывающий работу шаблона проектирования "Шаблонный метод".
 *
 *      Файл GamesManager.java
 * */

public class GamesManager {

	public static void main (String [] args){
		final GameCode gameCode = GameCode.CHESS;
		
		Game game;
		
		switch (gameCode){
			case CHESS : 
				game = new Chess();  
				break;
			case MONOPOLY : 
				game = new Monopoly();  
				break;
			default :
				throw new IllegalStateException();
		}
		
		game.playOneGame(2);
	}
	
}

C#

Исходный текст на языке C#

/**
 * An abstract class that is common to several games in
 * which players play against the others, but only one is
 * playing at a given time.
 */

namespace Design_Patterns
{
    class TemplateMethodPattern
    {
        internal abstract class GameObject
        {
            protected int PlayersCount;

            abstract protected bool EndOfGame();

            abstract protected void InitializeGame();

            abstract protected void MakePlay(int player);

            abstract protected void PrintWinner();

            /* A template method : */
            public void PlayOneGame(int playersCount)
            {
                PlayersCount = playersCount;
                InitializeGame();
                
                var j = 0;

                while (!EndOfGame())
                {
                    MakePlay(j);
                    j = (j + 1) % playersCount;
                }

                PrintWinner();
            }
        }

        //Now we can extend this class in order to implement actual games:

        public class Monopoly : GameObject
        {
            /* Implementation of necessary concrete methods */

            protected override void InitializeGame()
            {
                // Initialize money
            }

            protected override void MakePlay(int player)
            {
                // Process one turn of player
            }

            protected override bool EndOfGame()
            {
                return true;
            }

            protected override void PrintWinner()
            {
                // Display who won
            }

            /* Specific declarations for the Monopoly game. */

            // ...

        }

        public class Chess : GameObject
        {

            /* Implementation of necessary concrete methods */

            protected override void InitializeGame()
            {
                // Put the pieces on the board
            }

            protected override void MakePlay(int player)
            {
                // Process a turn for the player
            }

            protected override bool EndOfGame()
            {
                return true;
                // Return true if in Checkmate or Stalemate has been reached
            }

            protected override void PrintWinner()
            {
                // Display the winning player
            }

            /* Specific declarations for the chess game. */

            // ...

        }

        public static void Test()
        {
            GameObject game = new Monopoly();

            game.PlayOneGame(2);
        }
    }
}

Python

Исходный текст на языке Python

from abc import ABCMeta, abstractmethod

class Unit(metaclass=ABCMeta):
	"""
	Абстрактный отряд. Атрибуты класса, начинающиеся с подчеркивания в python
	являются protected
	"""

	def __init__(self, speed: int) -> None:
		"""
		Constructor.

		:param speed: скорость отряда
		"""
		self._speed = speed

	def hit_and_run(self) -> None:
		"""
		Шаблонный метод
		"""
		self._move('вперед')
		self._stop()
		self._attack()
		self._move('назад')

	@abstractmethod
	def _attack(self) -> None:
		pass

	@abstractmethod
	def _stop(self) -> None:
		pass

	def _move(self, direction: str) -> None:
		"""
		Передвижение - у всех отрядов одинаковое, в шаблон не входит

		:param direction: направление движения
		"""
		self._output('движется {} со скоростью {}'.format(direction, self._speed))

	def _output(self, message: str) -> None:
		"""
		Вспомогательный метод вывода сообщений, в шаблон не входит

		:param message: выводимое сообщение
		"""
		print('Отряд типа {} {}'.format(self.__class__.__name__, message))

class Archers(Unit):
	"""
	Лучники
	"""

	def _attack(self) -> None:
		self._output('обстреливает врага')

	def _stop(self) -> None:
		self._output('останавливается в 100 шагах от врага')

class Cavalrymen(Unit):
	"""
	Кавалеристы
	"""

	def _attack(self) -> None:
		self._output('на полном скаку врезается во вражеский строй')

	def _stop(self) -> None:
		self._output('летит вперед, не останавливаясь')

if __name__ == '__main__':
	print('OUTPUT:')
	archers = Archers(4)
	archers.hit_and_run()
	cavalrymen = Cavalrymen(8)
	cavalrymen.hit_and_run()

'''
OUTPUT:
Отряд типа Archers движется вперед со скоростью 4
Отряд типа Archers останавливается в 100 шагах от врага
Отряд типа Archers обстреливает врага
Отряд типа Archers движется назад со скоростью 4
Отряд типа Cavalrymen движется вперед со скоростью 8
Отряд типа Cavalrymen летит вперед, не останавливаясь
Отряд типа Cavalrymen на полном скаку врезается во вражеский строй
Отряд типа Cavalrymen движется назад со скоростью 8
'''

Литература

Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования = Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. — СПб.: «Питер», 2007. — С. 366. — ISBN 978-5-469-01136-1. (также ISBN 5-272-00355-1)

Ссылки

Паттерн Template Method (шаблонный метод) — назначение, описание, особенности и реализация на C++.