模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤的实现延迟到子类。模板方法模式允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。

模板方法模式的结构

模板方法模式主要包括以下几个角色：

1. 抽象类（AbstractClass）：定义算法骨架，并声明一些抽象方法以供子类实现。
2. 具体类（ConcreteClass）：实现抽象类中的抽象方法，完成算法中的具体步骤。

模板方法模式的示例

假设我们有一个流程，用于准备不同种类的饮料。饮料的准备流程大致相同，但某些步骤如添加配料可能会有所不同。我们可以使用模板方法模式来实现这一需求。

定义抽象类

from abc import ABC, abstractmethodclass Beverage(ABC):def prepare_recipe(self):self.boil_water()self.brew()self.pour_in_cup()self.add_condiments()def boil_water(self):print("Boiling water")@abstractmethoddef brew(self):passdef pour_in_cup(self):print("Pouring into cup")@abstractmethoddef add_condiments(self):pass

定义具体类

class Tea(Beverage):def brew(self):print("Steeping the tea")def add_condiments(self):print("Adding lemon")class Coffee(Beverage):def brew(self):print("Dripping coffee through filter")def add_condiments(self):print("Adding sugar and milk")

使用模板方法模式

def main():tea = Tea()coffee = Coffee()print("Preparing tea:")tea.prepare_recipe()print("\nPreparing coffee:")coffee.prepare_recipe()if __name__ == "__main__":main()

在这个示例中，Beverage是抽象类，定义了饮料准备的算法骨架，并声明了两个抽象方法brew和add_condiments。Tea和Coffee是具体类，实现了这些抽象方法，定义了具体的步骤。客户端通过调用prepare_recipe方法来执行饮料的准备流程。

模板方法模式的优缺点

优点

1. 代码复用：模板方法模式通过将算法的公共部分上移到抽象类，减少了代码的重复。
2. 易于扩展：可以通过扩展具体类来增加新的行为，而不需要修改已有的代码。
3. 控制流程：模板方法模式可以控制算法的执行流程，而允许具体步骤的实现有所不同。

缺点

1. 类数目增加：每个具体行为都需要一个新的子类，可能会导致类的数量增加。
2. 灵活性受限：模板方法模式严格定义了算法的流程，某些情况下可能不够灵活。

模板方法模式的适用场景

1. 多个类具有相似的行为：当多个类的行为相似，但在某些步骤上有所不同，可以使用模板方法模式。
2. 控制子类扩展：需要控制子类扩展的行为，并在子类中提供具体实现时，可以使用模板方法模式。
3. 不改变算法结构：需要在不改变算法结构的情况下，允许子类重新定义算法的某些步骤时，可以使用模板方法模式。

总结

模板方法模式是一种行为型设计模式，通过在抽象类中定义算法的骨架，并将某些步骤延迟到子类，实现了算法的复用和扩展。模板方法模式适用于多个类具有相似行为、需要控制子类扩展和在不改变算法结构的情况下重新定义某些步骤的场景。合理应用模板方法模式，可以提高代码的复用性和可维护性，降低代码的复杂性。理解和掌握模板方法模式，有助于在实际开发中构建灵活、可扩展的系统。