设计模式：原型模式
王强
发布于 2020-09-24 07:36:20
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1 概述
原型模式使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝原型对象创建新的对象。原型模式的关键点在于原型实例与实例的复制，实例的克隆分为深拷贝与浅拷贝。
- 浅拷贝：对于字段是值类型的，则对该字段执行逐位复制，如果字段是引用类型，则复制引用但不复制引用的对象；因此，原始对象与其副本引用同一对象。
- 深拷贝：把引用对象的变量指向复制过的新对象，而不是原有的被引用的对象。
原型模式使用的是深拷贝， 使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。
2 图解
01_Prototype
原型模式包含三种角色：
- Prototype（原型）：定义用于复制现有实例来生成新实例的方法。
- ConcretePrototype（具体原型）：负责实现复制现有实例并生成新实例的方法。
- Client（使用者）：负责使用复制实例的方法生成新实例。
3 优缺点
优点：
- 性能提高，直接拷贝内存里内容比直接新建实例节省资源；
- 简化对象创建，避免了构造函数的约束，不受构造函数的限制直接复制对象；
- 可通过深克隆的方式保存对象的状态，可以辅助实现撤销操作。
缺点：
- 需要为每个类准备一个克隆方法，该方法位于类的内部，当对已有类进行改造时，需要修改原代码，违背了开闭原则；
- 在实现深拷贝时需要写较复杂的代码，如果对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深拷贝，每一层对象对应的类必须支持深拷贝，实现比较麻烦。
4 应用场景
- 资源优化场景：类初始化需要消耗非常多的资源，原型模式避免了此类消耗；
- 性能和安全要求的场景：通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限时，可以使用原型模式；
- 一个对象多个修改者的场景：一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用；
- 系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小。
5 实例
02_Prototype_UML
5.1 Python 实现
- prototype.py
#-*- coding: utf-8 -*-
'''
原型模式
'''
from copy import copy, deepcopy
class Prototype(object):
"""原型类"""
def __init__(self):
super(Prototype, self).__init__()
def clone(self):
pass
class ConcretePrototype1(Prototype):
"""具体原型类"""
def __init__(self):
print("Create ConcretePrototype1")
def clone(self):
print("Copy ConcretePrototype1...")
return deepcopy(self)
class ConcretePrototype2(Prototype):
"""具体原型类"""
def __init__(self):
print("Create ConcretePrototype2")
def clone(self):
print("Copy ConcretePrototype2...")
return deepcopy(self)
if __name__ == '__main__':
p1 = ConcretePrototype1()
cp1 = p1.clone()
p2 = ConcretePrototype2()
cp2 = p2.clone()
输出结果：
Create ConcretePrototype1
Copy ConcretePrototype1...
Create ConcretePrototype2
Copy ConcretePrototype2...
5.2 C++ 实现
- prototype.h
#ifndef PROTOTYPE_H
#define PROTOTYPE_H
#include <iostream>
using namespace std;
class Prototype
{
public:
virtual ~Prototype() {}
virtual Prototype* clone() const = 0;
protected:
Prototype() {}
};
class ConcretePrototype1 : public Prototype
{
public:
ConcretePrototype1() {
cout << "Create ConcretePrototype1." << endl;
}
ConcretePrototype1(const ConcretePrototype1& other) {
cout << "Copy ConcretePrototype1..." <<endl;
}
~ConcretePrototype1() {}
ConcretePrototype1* clone() const {
return new ConcretePrototype1(*this);
}
};
class ConcretePrototype2 : public Prototype
{
public:
ConcretePrototype2() {
cout << "Create ConcretePrototype2." << endl;
}
ConcretePrototype2(const ConcretePrototype2& other) {
cout << "Copy ConcretePrototype2..." <<endl;
}
~ConcretePrototype2() {}
ConcretePrototype2* clone() const {
return new ConcretePrototype2(*this);
}
};
#endif // PROTOTYPE_H
- main.cpp
#include <iostream>
#include "prototype.h"
using namespace std;
int main()
{
Prototype* p1 = new ConcretePrototype1();
Prototype* cp1 = p1->clone();
Prototype* p2 = new ConcretePrototype2();
Prototype* cp2 = p2->clone();
delete p1;
delete cp1;
delete p2;
delete cp2;
return 0;
}
输出结果：
Create ConcretePrototype1.
Copy ConcretePrototype1...
Create ConcretePrototype2.
Copy ConcretePrototype2...
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原始发表：2020-09-16，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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