意圖（Intent）#

在一個操作中定義演算法的骨架，將某些步驟延遲到子類別實作。Template Method 讓子類別在不改變演算法結構的前提下，重新定義其中的特定步驟。

動機（Motivation）#

假設一個應用程式框架提供 Application 和 Document 類別。Application 負責開啟外部格式的文件，Document 代表讀入後的文件資訊。不同應用程式（繪圖、試算表）透過子類別化來客製化行為。

Application 的 OpenDocument 操作定義了開啟文件的完整流程：檢查能否開啟、建立 Document 物件、加入集合、從檔案讀取。這就是一個 template method——它以抽象操作定義演算法骨架，子類別覆寫這些操作以提供具體行為：

  • CanOpenDocument——檢查是否能開啟
  • DoCreateDocument——建立對應的 Document
  • DoRead——讀取文件內容

Template method 固定了步驟的順序，但讓各子類別自由決定每個步驟的具體實作。

適用場景（Applicability）#

  • 將演算法的不變部分實作一次，可變的行為留給子類別
  • 多個子類別之間有共同行為，應抽取到共同父類別以避免重複程式碼——即「refactoring to generalize」：先辨識差異、將差異抽取為新操作、以 template method 呼叫這些操作
  • 控制子類別的擴展點：在 template method 中特定位置呼叫 hook 操作，只在這些位置允許擴展

結構（Structure）#

  • AbstractClass（如 Application）定義抽象的 primitive operations 與 template method
  • ConcreteClass（如 MyApplication）實作 primitive operations 以完成演算法的子類別專屬步驟
classDiagram
    class AbstractClass {
        +TemplateMethod()
        +PrimitiveOperation1()*
        +PrimitiveOperation2()*
    }
    class ConcreteClass {
        +PrimitiveOperation1()
        +PrimitiveOperation2()
    }
    AbstractClass <|-- ConcreteClass

參與者（Participants）#

參與者範例職責
AbstractClass-定義抽象的 primitive operations，由子類別實作以完成演算法的各個步驟；實作 template method，定義演算法骨架，呼叫 primitive operations 及其他操作
ConcreteClass-實作 primitive operations，完成子類別專屬的演算法步驟

協作方式（Collaborations）#

  • ConcreteClass 依賴 AbstractClass 實作演算法的不變步驟

優缺點（Consequences）#

Template method 是程式碼重用的基礎技術，在類別庫中尤為重要——它們是在程式庫類別中抽取共同行為的主要手段。

Template method 產生一種反轉的控制結構，稱為 Hollywood 原則：「別打電話給我們，我們會打給你」（Don’t call us, we’ll call you）。父類別呼叫子類別的操作，而非反過來。

Template method 呼叫的操作類型：

操作類型說明
具體操作ConcreteClass 或客戶端類別上的操作
AbstractClass 的具體操作對子類別普遍有用的操作
Primitive operations抽象操作，子類別必須覆寫
Factory Methods-
Hook operations提供預設行為，子類別可以選擇性覆寫（預設通常什麼都不做）

明確區分哪些操作是 hook（可覆寫）、哪些是 abstract（必須覆寫）至關重要。可透過命名慣例來標示，例如 MacApp 以「Do-」前綴標記可覆寫的操作：DoCreateDocument、DoRead 等。

使用 hook 取代直接覆寫的好處：若子類別透過覆寫父類別操作並手動呼叫 super 來擴展行為，一旦忘記呼叫就會破壞流程。改用 template method 呼叫 hook，讓父類別掌控流程，子類別只需覆寫 hook 即可安全擴展。

實作要點（Implementation）#

  • 存取控制：在 C++ 中，primitive operations 應宣告為 protected（確保只被 template method 呼叫），必須覆寫的宣告為 pure virtual。Template method 本身不應被覆寫，因此宣告為 non-virtual
  • 最小化 primitive operations 的數量：需要覆寫的操作越少，子類別實作越輕鬆
  • 命名慣例：透過前綴或命名規則（如「Do-」前綴）標示可覆寫的操作，幫助開發者辨識擴展點

已知應用（Known Uses）#

  • Template method 極為基礎，幾乎所有抽象類別中都能找到
  • NeXT AppKit 的 View 類別：Display template method 先呼叫 SetFocus 設置繪圖狀態，再呼叫 DoDisplay hook 讓子類別繪製，最後呼叫 ResetFocus 釋放狀態，確保繪圖前後的不變條件

相關模式（Related Patterns）#

  • Factory Method：經常被 template method 呼叫。例如 OpenDocument 中的 DoCreateDocument 就是 Factory Method
  • Strategy：Template Method 透過繼承改變演算法的部分步驟；Strategy 透過委派改變整個演算法。兩者互補，是「繼承 vs. 組合」的經典對比
Backward Strategy Visitor Forward