一文揭秘！C语言能用模板方法模式吗?

模板方法模式是一种行为型设计模式，将规律方法沉淀成一种固定的格式，固化到模板中供子类继承，对未确定的步骤方法进行抽象，具体的实现放在子类中。模板方法定义一个操作的算法框架，实现其中一部分确定的步骤方法，对于另外一部分不确定的步骤方法就定义成抽象方法行为，这一部分具体的实现放在子类中。模板方法使子类可以在不改变算法框架的前提下，实现或者重新定义算法中的某些步骤方法。

模板方法的方法及顶层控制逻辑定义在父类中，在方法的定义中使用抽象方法，实际的方法功能实现是由子类完成的，因此不同的子类执行会得到不同的实现结果，但是处理流程还是按照父类实现的方式。模板方法及顶层的控制逻辑不能被子类修改，通过子类继承的方式实现功能的扩展，也就是说功能的扩展对修改关闭，对扩展开放，这遵循了开闭原则。另外，父类的实现依赖底层的接口，而不是依赖具体的实现细节，这遵循了依赖倒置的原则。

与模板方法模式相关的设计模式：

工厂方法模式：工厂方法模式(详见：一文搞懂怎么用C语言实现工厂方法模式)是模板方法模式的特殊情况，它使用子类来产生对象实例。策略模式：策略模式(后续的文章会详解)会切换整个算法，不是修改算法中某一步骤的实现方式。在设计一个软件系统时，会遇到如下问题：知道一个算法的关键步骤，并且确定了这些步骤的执行流程，但是某些步骤的具体实现是未知的。这就需要模板方法模式了，它把我们不知道具体实现的步骤封装成抽象方法，提供一个按顺序调用它们的具体方法，提供给外部调用，这样构成了一个抽象基类。子类通过继承这个抽象基类去实现各个步骤的抽象方法，具体的处理流程是由父类控制的。

AbstractClass(抽象基类)：定义原始操作步骤的抽象方法(primitiveMethod)供子类实现，并作为在模板方法中被调用的一个步骤。此外，实现了不可重写的模板方法(templateMethod)，将所有原始操作组织起来成为一个算法框架或者平台。ConcreteClassA、ConcreteClassB(实现类A、实现类B)：继承抽象基类，并且对其中的原始操作进行分步实现，可以有多种实现以呈现每个步骤的多样性。总结下来使用场景如下：

各子类中有公共的行为步骤可以提取出来放到一个父类中避免代码的重复。父类中实现算法框架不变的部分，其中可变的行为方法留给子类实现。允许子类在特定点进行扩展。模式动机

在嵌入式的应用场景中，管理资源(例如文件、内存)是一件非常麻烦、非常容易出错的事情。因为在分配资源后，还必须释放资源。例如fopen()打开文件后，必须要使用fclose()来关闭文件，而使用malloc申请内存资源后，就必须使用free()函数来释放内存。

在实际开发工作中，稍微对malloc不注意就会导致内存泄漏。而模板方法模式堪称预防这类低级错误的神器!

在软件构建过程中，对于某一项任务，它常常有稳定的整体操作结构，但各个子步骤却有很多改变的需求，或者由于固有的原因(比如框架与应用之间的关系)而无法和任务的整体结构同时实现。比如你要从北京去上海出差，出差的工作是不变的，但是使用的交通工具却有不同的方式，可能有火车、可能飞机、可能开车。如果写程序实现，则每次都要写一个不同的类，并且类中实现功能几乎一样，大量重复的逻辑，相信你已经闻到这里面的一些坏味道了。 这种整体功能稳定，但是子步骤经常改变的需求，就可以使用模板方法设计模式来优化。

场景案例

场景：现在硬盘卡上存放了多部电影，我们需要在电脑上随机读取播放。

假设我们动态申请1G的内存空间来存放视频，如果女主是美女，那么正常播放视频，播放完后退出程序。如果女主长相感人，则立马退出程序!

在上面的代码实现中，管理内存和使用内存的代码耦合在一起。在每个分支情况里面，必须时刻注意内存的使用和释放情况(比如在本例中，free函数就出现了两次)。随着各种程序中的分支越来越多、越来越庞大，有时候很容易忽略对内存的释放，从而引起内存泄漏。

解决方案

编写类似这种资源处理相关的代码，之所以很麻烦，是因为资源管理和资源使用的代码耦合在一起了，我们只要通过定义一个模板方法函数，来分离这两部分的代码，就可以避免它们各种复杂的组合情况处理了。请看下面伪代码:

在上面的代码实现中，我们通过定义一个模板函数，使得资源的分配和释放都统一在模板函数中完成了，避免了分配资源后容易忘记释放的问题。在资源使用过程中，可以更专注于业务逻辑的实现，各函数的职责更加清晰。

内存的分配释放，可能会在代码中多次出现。这时，只需要简单地调用模板方法函数即可，一定程度上减少了代码重复。而以后资源的使用场景发生变化的话，也只要再新增一个类似act_movie的函数即可。

总结

这就是c语言中的模板方法模式，重点在于封装不变部分，扩展可变部分。对不变部分合理封装，既可以预防程序出错，也可以提取公众部分代码，减少代码重复。