Mẫu phương thức khuôn mẫu

Thuộc phần Lập trình hướng đối tượng trong hành trình C++ của Coddy. Bài học 99 trên 104.

Mẫu Template Method xác định khung của một thuật toán trong lớp cơ sở, cho phép các lớp con ghi đè các bước cụ thể mà không thay đổi cấu trúc tổng thể của thuật toán. Khác với Strategy, vốn thay thế toàn bộ thuật toán, Template Method giữ nguyên thuật toán nhưng cho phép tùy chỉnh từng bước riêng lẻ.

Lớp cơ sở triển khai phương thức khuôn mẫu (template method), tức thuật toán, rồi gọi các phương thức trừu tượng hoặc ảo mà các lớp con phải cung cấp:

#include <iostream>

class DataProcessor {
public:
    // Phương thức mẫu (template method): xác định bộ khung thuật toán
    void process() {
        loadData();
        processData();
        saveResults();
    }
    
    virtual ~DataProcessor() = default;
    
protected:
    virtual void loadData() = 0;      // Phải triển khai
    virtual void processData() = 0;   // Phải triển khai
    
    // Phương thức móc (hook): có thể ghi đè, mặc định dùng hành vi sẵn có
    virtual void saveResults() {
        std::cout << "Saving to default location\n";
    }
};

class CSVProcessor : public DataProcessor {
protected:
    void loadData() override {
        std::cout << "Loading CSV file\n";
    }
    void processData() override {
        std::cout << "Parsing CSV data\n";
    }
};

class JSONProcessor : public DataProcessor {
protected:
    void loadData() override {
        std::cout << "Loading JSON file\n";
    }
    void processData() override {
        std::cout << "Parsing JSON data\n";
    }
    void saveResults() override {
        std::cout << "Saving to cloud storage\n";
    }
};

int main() {
    CSVProcessor csv;
    csv.process();  // Dùng saveResults mặc định
    
    JSONProcessor json;
    json.process(); // Dùng saveResults tùy chỉnh
}

Phương thức process() là phương thức khuôn mẫu, xác định trình tự các bước cố định. Các lớp con triển khai loadData() và processData() theo cách khác nhau, nhưng thứ tự không bao giờ thay đổi. Phương thức saveResults() là một “hook”, có phần triển khai mặc định mà các lớp con có thể ghi đè nếu muốn.

Dùng Template Method khi bạn có một thuật toán với các bước cố định nhưng cần linh hoạt ở một số thao tác cụ thể, hoặc khi bạn muốn tránh lặp lại code giữa các lớp tương tự.

Thử thách

Dễ

Hãy xây dựng một hệ thống Tạo báo cáo bằng mẫu Template Method. Bạn sẽ tạo một framework, trong đó các loại báo cáo khác nhau, như báo cáo doanh số và báo cáo hàng tồn kho, tuân theo cùng một quy trình tạo báo cáo, nhưng mỗi loại tùy chỉnh một số bước cụ thể. Đây là tình huống phù hợp để dùng Template Method: quy trình tổng thể luôn cố định, còn từng bước riêng lẻ có thể thay đổi.

Bạn sẽ sắp xếp code trong ba tệp:

ReportGenerator.h: Định nghĩa lớp cơ sở trừu tượng có phương thức mẫu.
Tạo lớp ReportGenerator để định nghĩa khung của thuật toán tạo báo cáo. Phương thức mẫu generateReport() cần thực hiện lần lượt các bước sau:
1. gatherData(): hàm thuần ảo, lớp con phải triển khai
2. formatReport(): hàm thuần ảo, lớp con phải triển khai
3. addHeader(): một hook có hành vi mặc định để in ra --- Report ---
4. printReport(): hàm thuần ảo, lớp con phải triển khai
Phương thức addHeader() đóng vai trò là hook mà lớp con có thể tùy chọn ghi đè để tùy chỉnh phần đầu báo cáo.
Reports.h: Triển khai hai trình tạo báo cáo cụ thể.
Tạo lớp SalesReport với các yêu cầu sau:
- gatherData() in ra Gathering sales data from database
- formatReport() in ra Formatting sales figures
- printReport() in ra Sales Total: $[amount], trong đó amount được truyền vào hàm khởi tạo
Tạo lớp InventoryReport với các yêu cầu sau:
- gatherData() in ra Scanning inventory records
- formatReport() in ra Organizing inventory by category
- addHeader() ghi đè hook để in ra === Inventory Report ===
- printReport() in ra Items in stock: [count], trong đó count được truyền vào hàm khởi tạo
Cả hai lớp cần nhận giá trị tương ứng (amount hoặc count) thông qua hàm khởi tạo.
main.cpp: Minh họa mẫu Template Method.
Đọc hai giá trị đầu vào:
1. Doanh số (số nguyên)
2. Số lượng hàng tồn kho (số nguyên)
Tạo một SalesReport với doanh số rồi tạo báo cáo. Sau đó, tạo một InventoryReport với số lượng hàng tồn kho rồi tạo báo cáo. In một dòng trống giữa hai báo cáo để dễ đọc hơn.

Ví dụ, với đầu vào 15000 và 250:

Gathering sales data from database
Formatting sales figures
--- Report ---
Sales Total: $15000

Scanning inventory records
Organizing inventory by category
=== Inventory Report ===
Items in stock: 250

Với đầu vào 8500 và 120:

Gathering sales data from database
Formatting sales figures
--- Report ---
Sales Total: $8500

Scanning inventory records
Organizing inventory by category
=== Inventory Report ===
Items in stock: 120

Lưu ý rằng cả hai báo cáo đều tuân theo đúng trình tự các bước được định nghĩa trong generateReport(), nhưng mỗi lớp triển khai các bước đó theo cách khác nhau. InventoryReport cũng minh họa cách ghi đè phương thức hook để tùy chỉnh phần đầu báo cáo, còn SalesReport sử dụng hành vi mặc định. Đây là cách mẫu Template Method hoạt động: cấu trúc thuật toán được cố định trong lớp cơ sở, nhưng các chi tiết vẫn linh hoạt.

Tự làm thử

#include <iostream>
#include "Reports.h"

using namespace std;

int main() {
    // Đọc các giá trị đầu vào
    int salesAmount;
    int inventoryCount;
    cin >> salesAmount;
    cin >> inventoryCount;
    
    // TODO: Tạo SalesReport với salesAmount rồi gọi generate
    
    // TODO: In ra một dòng trống giữa các báo cáo
    
    // TODO: Tạo InventoryReport với inventoryCount rồi gọi generate
    
    return 0;
}