Design Patterns - Template Method

Behavioral Patterns - Template Method

Intent

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객체의 연산에는 알고리즘의 뼈대만을 정의하고 각 단계에서 수행할 구체적 처리는 서브클래스 쪽으로 미룬다.

알고리즘의 구조자페는 그대로 놔둔채 알고리즘 각 단계 처리를 서브클래스에서 재정의할 수 있게 한다.

Utility

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• 어떤 한 알고리즘을 이루는 부분 중 변하지 않는 부분을 한 번 정의해 놓고 다양해질 수 있는 부분은 서브클래스에서 정의할 수 있도록 남겨두고자 할 떄
• 서브클래스 사이의 공통적인 행동을 추출하여 하나의 공통 클래스에 몰아둠으로써 코드 중복을 피하고 싶을 떄
  • 기존 코드에서 나타나는 차이점을 뽑아 이를 별도의 새로운 연산들로 구분한 뒤, 달라진 코드 부분을 이 새로운 연산을 호출하는 템플릿 메소드로 대체하는 것이다.
• 서브클래스의 확장을 제어할 수 있다.
  • 템플릿 메소드가 어떤 특정한 시점에 “훅(Hook)” 연산을 호출하도록 정의하여 그 특정 시점에만 확장되도록 한다.

Structure

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Basic Structure

Structure Example

Elements

• AbstractClass
  • Application에 해당
  • 서브클래스들이 재정의를 통해 구현해야 하는 알고리즘 처리 단계 내의 기본연산을 정의
  • 알고리즘의 뼈대를 정의하는 Template Method를 구현
  • Template Method는 AbstractClass에 정의된 연산 또는 다른 객체 연산뿐만 아니라 기본 연산도 호출
• ConcreteClass
  • MyApplication에 해당
  • 서브클래스마다 달라진 알고리즘 처리 단계를 수행학기 위한 기본 연산을 구현

Elements Communication

ConcreteClass는 AbstractClass를 통하여 알고리즘의 변하지 않는 처리 단계를 구현한다.

Feature

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Template Method는 코드 재사용을 위한 기본 기술이다. 특히, 클래스 라이브러리 구현 시, 라이브러리에 정의할 클랫스들의 공통 부분을 분리하는 수단이기 때문에 자주 사용된다.

Template Method는 역전된 제어 구조를 끌어낸다. 즉, 부모 클래스는 서브클래스에 정의된 연산을 호출할 수 있지만 반대 방향의 호출은 안된다.

Template Method는 여러 종류의 연산 중 하나를 호출한다.

• 구체 연산(Concrete Operation)
  • ConcreteClass나 사용자 클래스에 정의된 연산
• AbstractClass 구체 연산
  • 서브클래스에서 일반적으로 유용한 연산
• 기본 연산
  • 추상화된 연산
• Factory Method
• 훅 연산(Hook Operation)
  • 필요하다면 서브클래스에서 확장할 수 있는 기본 행동을 제공하는 연산
  • 기본적으로는 아무 내용도 정의하지 않는다

Template Method Pattern에서는 어떤 연산이 오버라이드가 가능한 훅 연산인지, 꼭 오버라이드를 해야하는 추상 연산인지를 지정해 두는 것이 매우 중요하다.

훅 연산은 반드시 재정의 해야하는 연산이며 추상할 클래스를 효과적으로 재사용하기 위해서, 서브클래스 작성자는 어떤 연산들이 오버라이드용으로 설계되었는지를 명확히 이해하고 있어야 한다. 서브클래스는 부모 클래스에 정의된 연산을 명시적으로 호출하고 또 재정의함으로써 부모 클래스 연산을 확장한다.

void DerivedClass::Operation() {
    ParentClass::Operation();

    // 확장할 내용을 추가한다

    ...

}

서브클래스가 부모 클래스의 행동을 확장하는 연산들을 Template Method로 옮겨 놓음으로써 부모 클래스에게 서브클래스의 확장을 제어할 수 있는 권한을 부여할 수 있다. 이 아이디어는 부모 클래스의 Template Method에서 훅 연산을 호출하도록 하는 것이다. 서브클래스는 이 훅 연산을 재정의할 수 있다.

void ParentClass::Operation(){
  // 부모 클래스가 정의한 행동
  HookOperation();
}

일반적으로 ParentClass에 정의된 HookOperation() 은 아무런 행동도 정의하지 않는다.

void ParentClass::HookOpertaion() {}

서브클래스에서는 행동을 확장하려고 HookOperation() 을 재정의한다.

void DerivedClass::HookOperation() {
  // 상속받는 클래스가 확장항 코드

  ...

}

Implementation

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Considerations point in implementaion

C++의 접근 제한 방법을 이용

C++로 구현시, Template Method에서 호출하는 기본 연산들을 protected 멤버로 구현한다. 이렇게 하면 이 연산들을 Template Method만 호출할 수 있게 된다. 오버라이드해야 하는 기본 연산은 반드시 순수 가상함수로 정의한다. Template Method 자체를 재정의되면 안되므로, Template Method는 비사강 멤버 함수로 만든다.

기본 연산의 수를 최소화

Template Method를 구현하는 중요한 목적 중 하나는 서브클래스가 알고리즘을 실체화하기 위해 오버라이드해야 하는 기본 연산의 갯수를 줄이는 것이다.

이름을 짓는 규칙 정의

재정의가 필요한 연산은 식별이 잘 되도록 접두사를 붙이는 것이 좋다.

Implement Example

/**
* @brief AbstractClass - AbstractClass
* @details
*/
class AbstractClass {
public:
  void TemplateMethod() const {
    this->BaseOperation1();
    this->RequiredOperations1();
    this->BaseOperation2();
    this->Hook1();
    this->RequiredOperation2();
    this->BaseOperation3();
    this->Hook2();
  }

protected:
  void BaseOperation1() const {
    std::cout << "AbstractClass says: I am doing the bulk of the work\n";
  }
  void BaseOperation2() const {
    std::cout << "AbstractClass says: But I let subclasses override some operations\n";
  }
  void BaseOperation3() const {
    std::cout << "AbstractClass says: But I am doing the bulk of the work anyway\n";
  }

  virtual void RequiredOperations1() const = 0;
  virtual void RequiredOperation2() const = 0;

  virtual void Hook1() const {}
  virtual void Hook2() const {}
};

/**
* @brief ConcreteClass - ConcreteClass1
* @details
*/
class ConcreteClass1 : public AbstractClass {
 protected:
  void RequiredOperations1() const override {
    std::cout << "ConcreteClass1 says: Implemented Operation1\n";
  }
  void RequiredOperation2() const override {
    std::cout << "ConcreteClass1 says: Implemented Operation2\n";
  }
};

/**
* @brief ConcreteClass - ConcreteClass2
* @details
*/
class ConcreteClass2 : public AbstractClass {
 protected:
  void RequiredOperations1() const override {
    std::cout << "ConcreteClass2 says: Implemented Operation1\n";
  }
  void RequiredOperation2() const override {
    std::cout << "ConcreteClass2 says: Implemented Operation2\n";
  }
  void Hook1() const override {
    std::cout << "ConcreteClass2 says: Overridden Hook1\n";
  }
};

/**
* @brief Client - ConcreteClass2
* @details
*/
void ClientCode(AbstractClass *class_) {
  // ...
  class_->TemplateMethod();
  // ...
}


...
  
  ConcreteClass1 *concreteClass1 = new ConcreteClass1;
  ClientCode(concreteClass1);

  ConcreteClass2 *concreteClass2 = new ConcreteClass2;
  ClientCode(concreteClass2);

...

Related Pattern

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Factory Method Pattern은 종종 Template Method Pattern 이라고도 한다.

Template Method Pattern은 상속을 이용하여 다양한 알고리즘을 만들어 낸다. 이점은 Strategy Pattern과도 관계가 있으며, 각 전략들은 위임을 통해 전체 알고리즘을 다양화한다.

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참고. Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software - Erich Gamma

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