Python如何实现模板方法设计模式？什么是模板方法设计模式？Python 模板方法设计模式示例代码

什么是模板方法（Template Method）设计模式？

模板方法（Template Method）是一种行为型设计模式，它定义了一个算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现。这种模式允许子类为一个算法的特定步骤提供实现，而不改变算法的结构。

在这里插入图片描述

模板方法模式通常包含两种类型的方法：

模板方法（Template Method）： 定义了算法的骨架，提供了一个顶级的方法来定义算法的结构，这个方法通常是 final 或者不可被子类重写的。模板方法一般会调用一系列的抽象方法或者具体方法。
抽象方法（Abstract Method）： 在模板方法中被声明但是没有实现，需要子类来实现具体的行为。

主要角色：

抽象类（Abstract Class）： 包含模板方法和抽象方法定义算法的结构和步骤。
具体子类（Concrete Subclasses）： 实现抽象类中的抽象方法，提供特定步骤的具体实现。

工作原理：

定义算法的骨架，包含一个模板方法。
模板方法定义了算法的步骤，其中某些步骤是抽象的，由子类实现。
子类提供特定步骤的实现，但整个算法的流程控制由模板方法负责。

python3 实现模板方法设计模式示例代码（一）：

一个简单的示例是咖啡和茶的制备过程。制备咖啡和茶有相似的步骤（比如冲泡和加调味品），但是具体的饮料种类和调味品可能有所不同。在模板方法模式中，可以将冲泡和加调味品等步骤定义为模板方法，而具体的咖啡和茶则是子类，负责实现具体的冲泡方式和调味品。

这种模式允许在不改变算法结构的情况下，定制算法中的特定步骤。

以下是一个使用模板方法设计模式的 Python 示例，模拟了制备咖啡和茶的过程：

from abc import ABC, abstractmethod

# 抽象类定义了模板方法
class Beverage(ABC):
    def prepare(self):
        self.boil_water()
        self.brew()
        self.pour_in_cup()
        if self.customer_wants_condiments():
            self.add_condiments()

    def boil_water(self):
        print("Boiling water")

    @abstractmethod
    def brew(self):
        pass

    def pour_in_cup(self):
        print("Pouring into cup")

    @abstractmethod
    def add_condiments(self):
        pass

    # 钩子方法
    def customer_wants_condiments(self):
        return True

# 具体子类实现特定的步骤
class Coffee(Beverage):
    def brew(self):
        print("Dripping coffee through filter")

    def add_condiments(self):
        print("Adding sugar and milk")

    def customer_wants_condiments(self):
        response = input("Do you want to add sugar and milk? (y/n): ")
        return True if response.lower() == 'y' else False

class Tea(Beverage):
    def brew(self):
        print("Steeping the tea")

    def add_condiments(self):
        print("Adding lemon")

    def customer_wants_condiments(self):
        response = input("Do you want to add lemon? (y/n): ")
        return True if response.lower() == 'y' else False

# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    print("Making coffee...")
    coffee = Coffee()
    coffee.prepare()

    print("\nMaking tea...")
    tea = Tea()
    tea.prepare()

在这个示例中，Beverage 是抽象类，定义了制备饮料的模板方法 prepare()，以及一些抽象方法（brew() 和 add_condiments()）。Coffee 和 Tea 类是具体的子类，分别实现了咖啡和茶的具体制作步骤。通过模板方法 prepare()，它们调用了抽象方法完成了饮料的制作。其中 customer_wants_condiments() 是一个钩子方法，允许子类控制特定步骤的实现。

python3 实现模板方法设计模式示例代码（二）：

当考虑更实际的场景时，模板方法模式可以应用在日志记录中。无论是将日志记录到文件、数据库或者控制台，都有相似的流程，但每种记录方式的具体步骤略有不同。

from abc import ABC, abstractmethod

class Logger(ABC):
    def log(self):
        self.connect()
        self.format_log()
        self.write_log()
        self.disconnect()

    @abstractmethod
    def connect(self):
        pass

    @abstractmethod
    def format_log(self):
        pass

    @abstractmethod
    def write_log(self):
        pass

    @abstractmethod
    def disconnect(self):
        pass

class FileLogger(Logger):
    def connect(self):
        print("File Logger: Connecting to file...")

    def format_log(self):
        print("File Logger: Formatting log...")

    def write_log(self):
        print("File Logger: Writing log to file...")

    def disconnect(self):
        print("File Logger: Disconnecting from file...")

class DatabaseLogger(Logger):
    def connect(self):
        print("Database Logger: Connecting to database...")

    def format_log(self):
        print("Database Logger: Formatting log...")

    def write_log(self):
        print("Database Logger: Writing log to database...")

    def disconnect(self):
        print("Database Logger: Disconnecting from database...")

class ConsoleLogger(Logger):
    def connect(self):
        print("Console Logger: Connecting to console...")

    def format_log(self):
        print("Console Logger: Formatting log...")

    def write_log(self):
        print("Console Logger: Displaying log on console...")

    def disconnect(self):
        print("Console Logger: Disconnecting from console...")

if __name__ == "__main__":
    file_logger = FileLogger()
    file_logger.log()

    print("\n")

    db_logger = DatabaseLogger()
    db_logger.log()

    print("\n")

    console_logger = ConsoleLogger()
    console_logger.log()