Written by Sangwan Kwon
on March 04, 2019

Template Method with Modern c++

Hollywood Principle

템플릿 메소드는 “할리우드 원칙”이라는 역전된 제어 구조를 끌어낸다. 할리우드 원칙이란 할리우드에서 오디션을 보고 거절 할 때 주로 쓰던 말로 “전화하지 마세요. 우리가 연락 할게요(Don’t call us, we’ll call you.)” 상대방의 연락을 차단하는 의미이다. (Design Patterns, GoF).

Template Method Pattern

템플릿 메소드 패턴은 변경 되지 않는 멤버 함수들의 구조는 상위 클래스에서 정의하고, 변경 될 수 있는 멤버 함수의 구현을 하위 클래스로 위임(Deferring)시키는 패턴이다.

C++에서는 하나 이상의 순수 가상 함수(Pure Virtual Function)을 가지고 있는 클래스를 추상 클래스(Abstract Class)라 한다.

대부분의 추상 클래스에서 사용 할 수 있을 정도로 필수적이고 기본적인 디자인 패턴이다. 또한, 의존 관계 역전 원칙(DIP, Dependency Inversion Principle)을 지킬 수 있는 패턴이므로 깊이 생각 해 볼 필요가 있다.

DIP 원칙을 따르기에 하위 모듈의 변경이 상위 모듈에 영향을 미치지 않는 구조를 완성 할 수 있다.

담고 있는 의미에 비해 구조와 구현은 간단하다.

Template Method Structure

템플릿 메소드 구조는 아래와 같다. 추상 클래스는 TemplateMethod를 정의하고 구현까지 담당한다. TemplateMethod에서는 하위 클래스에서 구현해야 하는 함수들을 호출 한다. 이 함수는 순수 가상 함수나 훅 연산이 될 수 있다.

Hook Operation

훅 연산이란 하위 클래스에서 확장 가능하도록 제공하는 함수로, 보통 상위 클래스에선 구현부가 없이 틀만 제공한다.

Hook Operation vs Pure Virtual Function

템플릿 메소드 패턴에서는 템플릿 메소드에서 호출하는 연산이 훅 연산인지, 추상 연산인지 정하는 것이 중요하다. 훅 연산은 오버라이드가 가능함을 나타내고, 추상 연산은 꼭 오버라이드를 해야함을 나타낸다.

final and override

템플릿 메소드 패턴에서 템플릿 메소드는 하위 클래스에서 재정의 하지 않아야 한다. 모던 C++ 이 전에는 하위 클래스에서 멤버 함수를 오버라이드 하지 못하게 하기 위해 비가상함수와 접근 제한 방법을 사용 하였다(public, protected, private).

모던 C++에서는 final 키워드를 사용하여 명시적으로 하위 클래스에서 재정의 하지 못하도록 할 수 있다.

또한 하위 클래스에서 재정의 할 수 있는 추상 연산과 훅 연산은 override 키워드를 사용하여 잘못 재정의 했을 시의 오류를 방지 할 수 있다.

Template Method Pattern Implementation Tatic

템플릿 메소드(final speicifier)를 가지는 상위 클래스를 정의한다.
템플릿 메소드에서 호출 할 멤버 번수를 추산 연산, 훅 연산으로 구분한다.
하위 클래스에서 추상 연산은 반드시 오버라이드 하고, 훅 연산은 필요시 오버라이드 한다.

Abstract Class

위 조건(1~2)에 따른 AbstractClass는 아래와 같다.

class AbstractClass {
public:
	virtual void templateMethod() final
	{
		std::cout << "Super: template method." << std::endl;

		this->abstractOperation1();
		this->abstractOperation2();
		this->hookOperation();
	}

protected:
	virtual void abstractOperation1() = 0;
	virtual void abstractOperation2() = 0;

	virtual void hookOperation()
	{
		std::cout << "Super: hook operation." << std::endl;
	}
};

Sub Class

3번 조건에 따른 SubClass 2개는 아래와 같다. SubClass2에는 훅 연산까지 오버라이드 한다.

class SubClass1 : public AbstractClass {
protected:
	virtual void abstractOperation1() override
	{
		std::cout << "Sub: abstract operation 1." << std::endl;
	}

	virtual void abstractOperation2() override
	{
		std::cout << "Sub: abstract operation 2." << std::endl;
	}
};

class SubClass2 : public AbstractClass {
protected:
	virtual void abstractOperation1() override
	{
		std::cout << "Sub2: abstract operation 1." << std::endl;
	}

	virtual void abstractOperation2() override
	{
		std::cout << "Sub2: abstract operation 2." << std::endl;
	}

	virtual void hookOperation()
	{
		std::cout << "Sub2: hook operation." << std::endl;
	}
};

Testing

아래는 테스트를 위한 코드이다. 하위 클래스에서 재정의한 연산들이 상위 클래스의 템플릿 메소드에 의해 호출 된다.

// g++ main.cpp template-method.cpp -std=c++11
#include <iostream>
#include <memory>

int main()
{
	std::shared_ptr<AbstractClass> obj1 = std::make_shared<SubClass1>();
	obj1->templateMethod();

	std::shared_ptr<AbstractClass> obj2 = std::make_shared<SubClass2>();
	obj2->templateMethod();

	return 0;
}

Super: template method.
Sub: abstract operation 1.
Sub: abstract operation 2.
Super: hook operation.
Super: template method.
Sub2: abstract operation 1.
Sub2: abstract operation 2.
Sub2: hook operation.

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