繼承 vs. 委派#

1990 年代初期，OO 社群對繼承（inheritance）非常著迷——透過繼承可以「因差異而編程」（program by difference），只需建立子類別就能重用程式碼。然而到了 1995 年，GoF 提出了著名的建議：「優先使用物件組合而非類別繼承」（Favor object composition over class inheritance）。

本章探討的兩個模式正好體現了繼承與委派（delegation）的差異：

• Template Method 使用繼承來解決問題
• Strategy 使用委派來解決問題
• 兩者都在解決同一個問題：將通用演算法與詳細實作分離，符合 DIP（依賴反轉原則）

Template Method 模式#

基本結構#

幾乎所有程式都有這個基本的 main loop 結構：

Initialize();
while (!Done()) // main loop
{
  Idle();       // do something useful.
}
Cleanup();

Template Method 模式將這個通用結構擷取到抽象基底類別的已實作方法中，將所有細節延遲到抽象方法：

public abstract class Application
{
  private bool isDone = false;

  protected abstract void Init();
  protected abstract void Idle();
  protected abstract void Cleanup();

  public void Run()
  {
    Init();
    while (!Done())
      Idle();
    Cleanup();
  }
}

子類別只需繼承 Application 並填入抽象方法的實作即可。

Pattern Abuse（模式濫用）#

注意： 作者承認用 Template Method 來封裝 ftoc 這種簡單程式的 main loop 是模式濫用的好例子。設計模式的存在不代表它們應該被到處使用——在這個案例中，Template Method 的成本高於它帶來的效益。

Bubble Sort 範例#

更實用的 Template Method 範例是 Bubble Sort。將排序演算法抽取到抽象基底類別，把比較（OutOfOrder）和交換（Swap）延遲為抽象方法：

public abstract class BubbleSorter
{
  protected int DoSort()
  {
    // ... 排序演算法 ...
    for (...)
      for (...)
      {
        if (OutOfOrder(index))
          Swap(index);
      }
  }

  protected abstract void Swap(int index);
  protected abstract bool OutOfOrder(int index);
}

衍生類別如 IntBubbleSorter 和 DoubleBubbleSorter 分別處理不同型別的陣列：

重點： Template Method 展示了物件導向程式設計中經典的重用形式——通用演算法放在基底類別，被繼承到不同的詳細情境中。但繼承是非常強的關係，衍生類別與基底類別密不可分。例如 IntBubbleSorter 的 OutOfOrder 和 Swap 方法完全可以用於其他排序演算法，但因為繼承了 BubbleSorter，它們被永遠綁在一起。

Strategy 模式#

基本結構#

Strategy 模式用完全不同的方式反轉通用演算法與詳細實作的依賴關係。不是把通用演算法放在抽象基底類別，而是放在一個具體類別中；抽象方法被定義在一個介面中，具體類別透過委派呼叫介面：

public class ApplicationRunner
{
  private Application itsApplication = null;

  public ApplicationRunner(Application app)
  {
    itsApplication = app;
  }

  public void run()
  {
    itsApplication.Init();
    while (!itsApplication.Done())
      itsApplication.Idle();
    itsApplication.Cleanup();
  }
}

public interface Application
{
  void Init();
  void Idle();
  void Cleanup();
  bool Done();
}

Bubble Sort 的 Strategy 版本#

在 Strategy 版本中，BubbleSorter 變成具體類別，透過 SortHandler 介面委派比較和交換操作：

public interface SortHandler
{
  void Swap(int index);
  bool OutOfOrder(int index);
  int Length();
  void SetArray(object array);
}

IntSortHandler 實作 SortHandler 介面，但完全不知道 BubbleSorter 的存在。這意味著 IntSortHandler 可以被用於任何其他排序演算法（如 QuickBubbleSorter），而不僅僅是 BubbleSorter。

技巧： Template Method 部分違反了 DIP——Swap 和 OutOfOrder 的實作直接依賴排序演算法。Strategy 則沒有這種依賴。因此 Strategy 額外提供了一個好處：每個詳細實作可以被多個不同的通用演算法操縱。

Template Method vs. Strategy 比較#

flowchart LR
    subgraph tm ["Template Method"]
        A1["抽象基底類別<br/>通用演算法"] -->|繼承| B1["子類別 A<br/>具體實作"]
        A1 -->|繼承| C1["子類別 B<br/>具體實作"]
    end
    subgraph st ["Strategy"]
        A2["具體類別<br/>通用演算法"] -->|委派| I2[介面]
        I2 -->|實作| B2[策略 A]
        I2 -->|實作| C2[策略 B]
    end

結論#

• Template Method 寫起來簡單、用起來簡單，但缺乏彈性
• Strategy 具有彈性，但需要多建立一個類別、多一個物件、多一層佈線
• 選擇取決於是否需要 Strategy 的靈活性，或者能接受 Template Method 的簡單性
• 作者表示自己多數時候選擇 Template Method，因為它更容易實作和使用。除非確定需要不同的排序演算法，否則不必使用 Strategy