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

Задача. 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 SpreadsheetApplication и SpreadsheetDocument.

Очевидно, что логика алгоритма открытия документов в любом приложении достаточно однотипна:

1) проверяется, можно ли в текущем состоянии приложения открыть документ;

2) производится выбор имени файла (например, предлагается пользователю сделать это в диалоговом окне);

3) проверяется сам факт существования указанного файла, корректность его формата;

4) выполняется специализированное для каждого приложения считывание внутренней информации файла и создается объект-документ;

5) документ добавляется к списку документов приложения.

Таким образом, возникает задача исключения избыточности алгоритмов операций создания документов в классах иерархии Application.

Решение. Паттерн Шаблонный Метод предлагает определить в абстрактном классе Application общий алгоритм открытия и считывания документа в виде операции OpenDocument. Программный код такой операции может выглядеть так:

if (CanOpenDocument())

{

string filename = SelectFileName();

if (FileExists(filename))

{

Document doc = LoadDocument(filename);

documents.Add(doc);

}

}

 

 

Операции, подобные OpenDocument, называют шаблонными методами. Они описывают алгоритм в терминах абстрактных операций, которые замещены в подклассах для получения нужного поведения. Подклассы класса Application самостоятельно определяют, как выполнить проверку возможности открытия (CanOpenDocument), как выбрать файл (SelectFileName), корректность выбранного файла (FileExists), а также сам процесс конструирования документа на основе информации из файла (LoadDocument).

Определяя некоторые шаги алгоритма с помощью абстрактных операций, шаблонный метод фиксирует их последовательность, но позволяет реализовать их в подклассах. При этом сохраняется общий ход алгоритма и конкретика некоторых шагов, которые неизменны для потомков.

Общая структура решения.

 

 

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

ConcreteClass (DrawApplication) – конкретный класс: реализует примитивные операции, выполняющие шаги алгоритма способом, специфическим для данного подкласса.

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

Применимость. Используйте паттерн Шаблонный Метод:

• 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. Это хороший пример техники «вынесения за скобки с целью обобщения»: 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 (hooks) в определенных точках, разрешив тем самым расширение поведения только в этих точках.

Результаты. Шаблонные методы – один из фундаментальных приемов повторного использования кода. Они особенно важны в библиотеках классов, поскольку предоставляют возможность вынести общее поведение в библиотечные классы.

Шаблонные методы приводят к инвертированной структуре кода, которую иногда называют принципом Голливуда, подразумевая часто употребляемую в этой киноимперии фразу «Не звоните нам, мы сами позвоним». В данном случае это означает, что родительский класс вызывает операции подкласса, а не как обычно – наоборот.

Особенности реализации:

• использование контроля доступа: 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 абстрактные. Сам шаблонный метод замещать не надо, так что его не нужно делать виртуальным;
• 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.

Родственные паттерны.

Фабричные Методы часто вызываются из Шаблонных Методов (в примере шаблонный метод OpenDocument вызывал фабричный метод LoadDocument).

Стратегия: Шаблонные Методы применяют наследование для модификации части алгоритма. Стратегии используют делегирование для модификации алгоритма в целом.