在軟體開發中，當某些業務邏輯的整體結構相同，但部分步驟的實現需要靈活調整時，模板方法模式（Template Method Pattern）能夠提供一種優雅的解決方案。它透過定義演算法的通用框架，並將部分實作留給子類去完成，使程式碼更加靈活且易於擴展。

本文將詳細介紹模板方法模式的概念、與其他模式的差異、解決的問題、Golang中的實作範例以及在實際開發中的應用和注意事項。

什麼是模板方法模式（Template Method Pattern）？

模板方法模式是一種行為型設計模式，它定義了一個演算法的通用框架，並允許子類別在不改變演算法整體結構的前提下，重新定義某些步驟的實作。模板方法模式透過基底類別中的模板方法來控制演算法的執行流程，而具體步驟由子類別進行重寫。

模板方法模式的組成部分

1. 抽象類別（Abstract Class）：定義演算法的通用框架，包含模板方法和可選的鉤子方法。
2. 模板方法（Template Method）：定義演算法的執行步驟。部分步驟由抽象類別實現，部分步驟由子類別實作。
3. 具體子類別（Concrete Class）：實作抽象類別中定義的某些步驟。

模板方法模式與其他模式的差異

1. 策略模式（Strategy Pattern）

• 目標：策略模式透過定義一系列演算法，並在運行時選擇一個演算法來執行。
• 差別：策略模式允許在不同策略之間切換，而模板方法模式固定了演算法的整體結構，只允許改變某些步驟。

2. 工廠方法模式（Factory Method Pattern）

• 目標：工廠方法模式透過定義介面建立對象，並由子類別決定實例化哪一個類別。
• 差別：工廠方法模式著重於物件的創建，模板方法模式著重於執行邏輯的結構化。

3. 命令模式（Command Pattern）

• 目標：命令模式將請求封裝為對象，從而實現請求的參數化、排隊和撤銷。
• 差別：命令模式封裝的是請求操作，而範本方法模式封裝的是演算法流程。

模板方法模式解決了什麼問題？

1. 程式碼重用：將演算法的通用部分提取到基底類別中，避免程式碼重複。
2. 提高擴充性：透過繼承和重寫步驟，能夠輕鬆擴展和修改演算法的某些部分。
3. 演算法流程控制：模板方法確保演算法的執行順序，避免子類別隨意更改流程。
4. 解耦和開放封閉原則：子類別只需實現必要的步驟，而不需要關心演算法的整體邏輯。

模板方法模式的應用場景

1. 資料處理流程：處理資料時，預處理、處理和後處理的步驟可以抽象化成模板方法。
2. 遊戲開發：在遊戲開發中，不同類型的玩家角色可以透過模板方法實現共同的操作邏輯，並自訂部分行為。
3. 檔案解析器：解析不同格式的檔案時，讀取檔案的步驟一致，但具體的解析邏輯可以透過子類別實現。
4. Web請求處理：在Web框架中，不同的請求處理流程（如認證、校驗、回應）可以透過範本方法實現。

Golang中的範本方法模式實現

由於Golang中沒有類別和繼承的概念，我們可以透過介面和組合的方式來實作模板方法模式。

例：飲料製作系統

我們實現一個飲料製作系統，不同的飲料（如茶和咖啡）有一些相同的步驟，但也有各自的特殊步驟。我們將透過模板方法模式實現這些邏輯。

1. 定義範本接口

package main

// Beverage 介面：定義製作飲料的流程模板
type Beverage interface {
	BoilWater()     // 燒水
	Brew()          // 沖泡（子類別實作）
	PourInCup()     // 倒入杯中
	AddCondiments() // 新增調味料（子類別實作）
	MakeBeverage()  // 模板方法
}

2. 實作模板方法

// MakeBeverage 實作通用的製作流程（範本方法）
func MakeBeverage(b Beverage) {
    b.BoilWater()
    b.Brew()
    b.PourInCup()
    b.AddCondiments()
}

3. 實現具體的飲料（咖啡和茶）

import "fmt"

// Tea 結構體：特定飲料－茶
type Tea struct{} 

func (t *Tea) BoilWater() { 
	fmt.Println("Boiling water for tea.")
} 

func (t *Tea) Brew() { 
	fmt .Println("Steeping the tea.") 
} 

func (t *Tea) PourInCup() { 
	fmt.Println("Pouring tea into cup.")
} 

func (t *Tea) AddCondiments() { 
	fmt.Println("Adding lemon.") 
} 

// Coffee 結構體：特定飲料－咖啡
type Coffee struct{} 

func (c *Coffee) BoilWater() { 
	fmt.Println("Boiling water for coffee.") 
} 

func (c *Coffee) Brew() { 
	fmt.Println("Dripping coffee through filter.") 
} 

func (c *Coffee) PourInCup() { 
	fmt.Println("Pouring coffee into cup.") 
} 

func (c *Coffee) AddCondiments() {
	fmt.Println("Adding sugar and milk.") 
}

4. 使用模板方法製作飲料

func main() {
    fmt.Println("Making tea:")
    MakeBeverage(&Tea{})

    fmt.Println("\nMaking coffee:")
    MakeBeverage(&Coffee{})
}

輸出

Making tea:
Boiling water for tea.
Steeping the tea.
Pouring tea into cup.
Adding lemon.

Making coffee:
Boiling water for coffee.
Dripping coffee through filter.
Pouring coffee into cup.
Adding sugar and milk.

程式碼解析

1. Beverage 介面：定義了製作飲料的模板方法和步驟，具體飲料需要實現這些步驟。
2. MakeBeverage 函數：這是模板方法，它控制了製作飲料的整體流程。
3. Tea 和Coffee 結構體：實現了 Beverage 介面中的方法，定義了各自的特殊步驟。
4. main 函數：展示如何透過模板方法製作不同的飲料。

實際開發中的應用

1. Web請求生命週期：在Web框架中，請求的處理通常包括認證、日誌記錄、處理請求和回傳回應。模板方法模式可以用來定義這些步驟，並允許開發者自訂某些步驟的邏輯。
2. 演算法模板：在機器學習或資料處理系統中，可以將資料預處理、模型訓練和評估封裝為模板方法，並允許使用者自訂其中的某些步驟。
3. 遊戲開發中的角色行為：不同類型的角色（如戰士、法師）可能共享相同的戰鬥邏輯，但具體的技能釋放方式不同，這時可以使用模板方法模式。

使用範本方法模式的注意事項

1. 避免濫用繼承：雖然模板方法模式鼓勵透過繼承實現部分步驟的重寫，但在Golang中，我們應盡量通過組合和介面實現，避免類別層次結構過於複雜。
2. 模板方法的可擴充性：在設計模板方法時，需要確保流程中的每一步都可以被子類別重寫，以增強系統的靈活性。
3. 保持模板方法的簡潔：模板方法應盡量保持簡潔，只負責控制流程，不應包含過多的業務邏輯。

模板方法模式與策略模式的對比

總結

模板方法模式是一種非常有用的設計模式，它透過定義演算法的通用框架，允許子類別在不改變整體結構的情況下重寫部分步驟。在Golang中，我們可以透過介面和組合的方式實作模板方法模式。在實際開發中，模板方法模式適用於Web請求處理、演算法模板、資料處理等場景。

參考連結

• 設計模式- 模板方法模式
• Golang 設計模式