C# 設計模式：模板方法模式 定義演算法骨架，延遲細節到子類別

生活類比：簡歷模板

大家下載同一份「簡歷模板」（骨架：姓名、學歷、經歷、技能），但每個人填入的內容（細節）完全不同。模板方法模式正是將不變的流程固定在父類別，將變化的步驟交給子類別實作。

模式定義

在抽象類別中定義演算法的骨架，將某些步驟延遲到子類別實作。模板方法讓子類別不改變演算法結構前提下，重新定義特定步驟。

類別結構

• AbstractClass：定義模板方法、抽象基本步驟、可選鉤子方法
• ConcreteClass：實作抽象步驟、可覆寫鉤子方法

核心守則：好萊塢原則

「別呼叫我們，我們會呼叫你」 —— 父類別呼叫子類別方法，而非反向。

• 模板方法標記 sealed（或非 virtual）防止被覆寫
• 基本步驟標記 protected abstract 強制子類實作
• 鉤子方法標記 protected virtual 提供預設行為，子類選擇性覆寫

完整實作：薪資計算系統

1. 抽象父類別

public abstract class SalaryCalculator
{
    // === 模板方法：定義演算法骨架 ===
    public sealed decimal CalculateNetSalary(Employee emp)
    {
        decimal basic = CalculateBasicSalary(emp);      // 步驟 1：基本薪資
        decimal bonus = CalculateBonus(emp);            // 步驟 2：獎金
        decimal allowance = CalculateAllowance(emp);    // 步驟 3：津貼
        decimal gross = basic + bonus + allowance;      // 步驟 4：應發薪資
        decimal tax = CalculateTax(gross, emp);         // 步驟 5：扣稅
        decimal insurance = CalculateInsurance(gross);  // 步驟 6：保險
        return gross - tax - insurance;                 // 步驟 7：實發薪資
    }

    // === 抽象基本步驟：子類別必須實作 ===
    protected abstract decimal CalculateBasicSalary(Employee emp);
    protected abstract decimal CalculateBonus(Employee emp);

    // === 鉤子方法：提供預設實作，子類別可選擇覆寫 ===
    protected virtual decimal CalculateAllowance(Employee emp) => 0m; // 預設無津貼
    protected virtual decimal CalculateTax(decimal gross, Employee emp) => gross * 0.05m; // 預設 5%
    protected virtual decimal CalculateInsurance(decimal gross) => gross * 0.02m; // 預設 2%
}

2. 具體子類別：經理

public class ManagerSalaryCalculator : SalaryCalculator
{
    protected override decimal CalculateBasicSalary(Employee emp) => 80000m;

    protected override decimal CalculateBonus(Employee emp) 
        => emp.PerformanceRating switch
        {
            "A" => 30000m,
            "B" => 20000m,
            _ => 10000m
        };

    protected override decimal CalculateAllowance(Employee emp) => 10000m; // 職務津貼
}

3. 具體子類別：CEO

public class CeoSalaryCalculator : SalaryCalculator
{
    protected override decimal CalculateBasicSalary(Employee emp) => 200000m;

    protected override decimal CalculateBonus(Employee emp) => emp.CompanyProfit * 0.01m; // 分紅

    protected override decimal CalculateTax(decimal gross, Employee emp) 
        => gross * 0.20m; // 高階主管稅率不同

    protected override decimal CalculateInsurance(decimal gross) 
        => 30000m; // 上限封頂
}

4. 客戶端使用

class Program
{
    static void Main()
    {
        var empManager = new Employee { Id = 1, Name = "王經理", PerformanceRating = "A" };
        var empCeo = new Employee { Id = 2, Name = "趙總", CompanyProfit = 50000000m };

        var mgrCalc = new ManagerSalaryCalculator();
        var ceoCalc = new CeoSalaryCalculator();

        Console.WriteLine($"經理實發薪資: {mgrCalc.CalculateNetSalary(empManager):C}");
        Console.WriteLine($"CEO 實發薪資: {ceoCalc.CalculateNetSalary(empCeo):C}");
        Console.ReadKey();
    }
}

public class Employee
{
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public string PerformanceRating { get; set; }
    public decimal CompanyProfit { get; set; }
}

.NET 框架中的模板方法實例

優缺點權衡

適用場景

• 多個子類別擁有相同演算法結構，僅細節不同
• 重要、複雜演算法，核心流程需固定，細節開放擴充
• 重構時將重複程式碼上移至父類別
• 框架設計：定義流程骨架，使用者填入業務邏輯

結語

模板方法模式是繼承複用的經典應用。關鍵在於：識別什麼是不變的（骨架），什麼是變化的（步驟）。善用 sealed 保護模板方法、abstract 強制實作、virtual 提供彈性，即可建立穩固且可擴充的演算法框架。