理解和实现 C# 中的模板方法设计模式

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引言

本文讨论了模板方法设计模式，这种模式在什么时候有用，以及我们可以从中获得什么好处。本文还展示了 C# 中模板设计模式的一个基本实现。

背景

在我们的应用程序中，有些场景我们需要执行某些活动，但执行该任务的算法可能有所不同。 这种场景可以使用策略模式进行设计，以便执行操作的基本代码保持不变，并且执行任务的算法可以动态切换。 有关策略模式的详细信息，请参阅：在 C# 和 C++ 中理解和实现策略模式[^]

现在可能有一些场景，执行任务的实际算法将保持不变，但从实现的角度来看，该算法的某些步骤可能有所不同。 由于在这些场景中算法相同，因此实现策略模式对其来说会显得过分。 在这种情况下，我们可以做的是使用继承的力量来实现这一点（而不是策略模式提供的组合）。

模板方法模式在这种场景中很有用，即存在一个算法，而该算法的某些小部分可能会发生变化。 GoF 将模板方法模式定义为“在操作中定义算法的骨架，将某些步骤推迟到子类。 模板方法允许子类重新定义算法的某些步骤，而无需更改算法的结构。”。

在上面显示的类图中

• AbstractClass：此类主要包含 2 种方法。 首先，它包含算法每个步骤的方法。此类中的第二种方法是模板方法。 模板方法是使用所有单个方法并为算法的执行提供框架的方法。
• ConcreteClass：此类包含覆盖 Abstract 类为算法每个步骤提供的方法。它们包含这些步骤的自定义实现。此类将包含这些步骤的默认实现。

使用代码

现在让我们尝试看一下这种模式在 C# 中的一个示例实现。 假设我们有一个类，该类从数据源读取数据，然后创建一个用于 MIS 报告的文件。

abstract class DataExporter
{
    // This will not vary as the data is read from sql only
    public void ReadData()
    {
        Console.WriteLine("Reading the data from SqlServer");
    }

    // This will not vary as the format of report is fixed.
    public void FormatData()
    {
        Console.WriteLine("Formating the data as per requriements.");
    }

    // This may vary based on target file type choosen
    public abstract void ExportData();        

    // This is the template method that the client will use.
    public void ExportFormatedData()
    {
        this.ReadData();
        this.FormatData();
        this.ExportData();
    }
}

ReadData 和 FormatData 的实现将不会根据需求而改变。唯一可更改的部分是 ExportData 函数，其实现将根据要导出到的目标文件而改变。 因此，如果我们需要将数据导出到 Excel 文件，我们需要一个 ConcreteClass 来实现。

class ExcelExporter : DataExporter
{
    public override void ExportData()
    {
        Console.WriteLine("Exporting the data to an Excel file.");
    }
}

类似地，如果我们需要将数据导出到 PDF 文件，我们将需要另一个具体类来覆盖算法的导出部分。

class PDFExporter : DataExporter
{
    public override void ExportData()
    {
        Console.WriteLine("Exporting the data to a PDF file.");
    }
}

现在的好处是应用程序将使用 DataExporter 类，并且算法的所需实现将从派生类中获取。

static void Main(string[] args)
{
    DataExporter exporter = null;

    // Lets export the data to Excel file
    exporter = new ExcelExporter();
    exporter.ExportFormatedData();

    Console.WriteLine();

    // Lets export the data to PDF file
    exporter = new PDFExporter();
    exporter.ExportFormatedData();
}

因此，我们已经看到导出数据的实际算法保持不变，但将要导出的文件类型部分可以移动到派生类中。 模板方法将对实现一无所知，并且将运行算法。 在运行时，它将调用派生类覆盖的函数来执行所需的功能。

在结束之前，让我们看一下我们的虚拟应用程序的类图，并将其与模板方法模式的类图进行比较。

关注点

在本文中，我们试图了解为什么以及何时我们可能会发现模板方法模式有用。 我们还看到了 C# 中模板方法模式的一个基本实现。 模板方法模式是好莱坞原则的一个很好的例子，即“不要打电话给我们，我们会给你打电话”，这样模板方法将始终对实际实现一无所知，但每当需要时，它将调用子类来获取所需的功能。 我希望这篇小文章信息量很大。

历史

• 2012 年 10 月 23 日： 第一个版本。