樣板方法模式（Template Method）詳解與範例

意圖與要解決的問題

意圖：在一個操作中定義演算法的骨架，把部分步驟延遲到子類別。樣板方法讓子類別在不改變演算法結構的情況下，重新定義演算法的某些步驟。它是《設計模式》（Gang of Four，簡稱 GoF）一書中的行為型模式之一。

想像一個報表工具，可將資料匯出為 CSV 和 JSON。兩個匯出器按相同順序做相同的事：載入資料列、檢查是否有資料、格式化，再加上附有筆數的頁尾。只有格式化的部分不同。如果每個匯出器各自撰寫，共通的步驟就會被複製，而在其中一個修正的問題（例如更好地處理空結果），很容易在另一個被遺忘。

有了樣板方法，基底類別 Exporter 包含 export 方法，裡面是固定順序的步驟。會變動的步驟則是抽象方法。CsvExporter 和 JsonExporter 只實作那些步驟。

結構與參與者

這種設計反轉了控制權：由基底類別呼叫子類別的方法，而不是反過來。這有時稱為好萊塢原則：「別打給我們，我們會打給你」。

TypeScript 實作

export 是樣板方法。format 是子類別必須實作的基本操作，header 則是預設為空的掛鉤。

type Row = { name: string; score: number };

abstract class Exporter {
  // The template method: fixed order of steps
  export(rows: Row[]): string {
    if (rows.length === 0) return "no data";
    const lines = [this.header(), this.format(rows), "rows: " + rows.length];
    return lines.filter((line) => line !== "").join("\n");
  }

  protected abstract format(rows: Row[]): string; // required step
  protected header(): string { return ""; }       // hook: optional step
}

class CsvExporter extends Exporter {
  protected header() { return "name,score"; }
  protected format(rows: Row[]) {
    return rows.map((r) => r.name + "," + r.score).join("\n");
  }
}

class JsonExporter extends Exporter {
  protected format(rows: Row[]) {
    return JSON.stringify(rows);
  }
}

const rows = [{ name: "Ana", score: 9 }, { name: "Ben", score: 7 }];
console.log(new CsvExporter().export(rows));
// name,score
// Ana,9
// Ben,7
// rows: 2
console.log(new JsonExporter().export(rows));
// [{"name":"Ana","score":9},{"name":"Ben","score":7}]
// rows: 2
console.log(new JsonExporter().export([])); // no data

空資料的檢查與頁尾都集中在同一處。新增一個 XML 匯出器時，只需實作 format，其餘全都現成可用。

用組合實現相同的概念

繼承不是唯一的做法。你也可以把變動的步驟當作函式傳入，這使得這個模式成為策略的近親，並避免類別階層：

type Row = { name: string; score: number };
type Steps = { format: (rows: Row[]) => string; header?: () => string };

function exportRows(rows: Row[], steps: Steps): string {
  if (rows.length === 0) return "no data";
  const lines = [steps.header?.() ?? "", steps.format(rows), "rows: " + rows.length];
  return lines.filter((line) => line !== "").join("\n");
}

console.log(exportRows([{ name: "Ana", score: 9 }], { format: (r) => r[0].name }));
// Ana
// rows: 1

當步驟很小、不需要在基底類別中共用狀態，或一個匯出器需要組合來自多個來源的步驟時，優先採用這種形式。

何時使用、何時不用

• 當多個類別執行相同的演算法，只有少數步驟不同，而你想消除重複的部分時使用。
• 用於必須控制操作順序、同時讓使用者自訂步驟的框架，例如測試中的設定與清理。
• 使用掛鉤提供選用的擴充點，而不強迫每個子類別都實作。
• 變化很大或需要在執行期改變時不要使用。搭配組合的策略更有彈性。
• 避免樣板方法的深層階層。當子類別去覆寫子類別的子類別的步驟時，流程就變得難以追蹤。

實際應用

• Java 的 AbstractList：你實作 get(int) 和 size()，基底類別就提供建立在其上的迭代、indexOf、contains 等方法。
• Java 的 InputStream：子類別實作單一位元組的 read()，基底類別透過呼叫它來實作 read(byte[], int, int)（子類別可為了速度而覆寫）。
• 測試框架：JUnit、Python 的 unittest 等，會以固定順序呼叫 setUp、測試方法與 tearDown，而你只覆寫需要的步驟。
• 具有生命週期方法的 UI 框架，例如 React 類別元件中的 componentDidMount，會在它們自己演算法的固定時間點呼叫你的方法。

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