【设计模式】原型模式

1、 定义

1.1 标准定义

　　原型模式（ Prototype Pattern） 的简单程度仅次于单例模式和迭代器模式。 正是由于简单， 使用的场景才非常地多， 其定义如下：
　　Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance,and create new objects bycopying this prototype.（ 用原型实例指定创建对象的种类， 并且通过拷贝这些原型创建新的对象。 ）

1.2 通用类图

　　Prototype模式提供了一个通过已存在对象进行新对象创建的接口（Clone）， Clone()实现和具体的语言相关，在C++中通过拷贝构造函数实现。

2、 实现

2.1 类图

2.2 代码

2.2.1  原型类

// Prototype.h

#ifndef _PROTOTYPE_H_
#define _PROTOTYPE_H_

/*Prototype模式提供了一个通过已存在对象进行新对象创建的接口（Clone）
  Clone()实现和具体的语言相关，在C++中通过拷贝构造函数实现

作用:
用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象
*/
/*Prototype原型基类，定义Clone接口函数
*/

class Prototype
{
protected:

    Prototype();

public:

    virtual Prototype* Clone() const=0;//定义Clone接口，根据不同的派生类来实例化对象

    virtual ~Prototype();
};

//派生自Prototype，实现其接口函数
class ConcretePrototype1:public Prototype
{
public:

    ConcretePrototype1();//构造函数

    ~ConcretePrototype1();//析构函数

    ConcretePrototype1(const ConcretePrototype1&);//拷贝构造函数

    virtual Prototype* Clone() const;//实现基类定义的Clone接口，内部调用拷贝构造函数实现复制功能
};

//派生自Prototype，实现其接口函数
class ConcretePrototype2:public Prototype
{
public:

    ConcretePrototype2();//构造函数

    ~ConcretePrototype2();//析构函数

    ConcretePrototype2(const ConcretePrototype2&);//拷贝构造函数

    virtual Prototype* Clone() const;//实现基类定义的Clone接口，内部调用拷贝构造函数实现复制功能
};

#endif

// Prototype.cpp

#include "Prototype.h"
#include "iostream"

using namespace std;

////Prototype
Prototype::Prototype()
{
    cout<<"Prototype"<<endl;
}

Prototype::~Prototype()
{
    cout<<"~Prototype"<<endl;
}

//ConcretePrototype1
ConcretePrototype1::ConcretePrototype1()
{
    cout<<"ConcretePrototype1"<<endl;
}

ConcretePrototype1::~ConcretePrototype1()
{
    cout<<"~ConcretePrototype1"<<endl;
}

ConcretePrototype1::ConcretePrototype1(const ConcretePrototype1& cp)
{
    cout<<"ConcretePrototype1 copy"<<endl;
}

Prototype* ConcretePrototype1::Clone() const
{
    return new ConcretePrototype1(*this);
}

//ConcretePrototype2
ConcretePrototype2::ConcretePrototype2()
{
    cout<<"ConcretePrototype2"<<endl;
}

ConcretePrototype2::~ConcretePrototype2()
{
    cout<<"~ConcretePrototype2"<<endl;
}
 
ConcretePrototype2::ConcretePrototype2(const ConcretePrototype2& cp)
{
    cout<<"ConcretePrototype2 copy"<<endl;
}

Prototype* ConcretePrototype2::Clone() const
{
    return new ConcretePrototype2(*this);
}

2.2.2 调用

// main.cpp

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

using namespace std;

int main()
{
    /*原型模式作用：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
      Prototype模式重在从自身复制自己创建新类，隐藏（不需知道）对象创建的细节
    */

    /*1、用原型实例p1指定创建对象的种类ConcretePrototype1 */
    Prototype* p1 = new ConcretePrototype1();
    /*2、通过拷贝这些原型创建新的对象 */
    Prototype* p2 = p1->Clone();

    cout<< "------------------------" << endl;

    Prototype* p3 = new ConcretePrototype2();
    Prototype* p4 = p3->Clone();

    cout<< "------------------------" << endl;

    delete p1;
    delete p2;

    cout<< "------------------------" << endl;

    delete p3;
    delete p4;

    return 0;
}

3、总结

3.1原型模式的优点

　　● 性能优良
　　原型模式是在内存二进制流的拷贝， 要比直接new一个对象性能好很多， 特别是要在一个循环体内产生大量的对象时， 原型模式可以更好地体现其优点。

　　● 逃避构造函数的约束
　　这既是它的优点也是缺点， 直接在内存中拷贝， 构造函数是不会执行的 。 优点就是减少了约束， 缺点也是减少了约束， 需要大家在实际应用时考虑。

3.2原型模式的使用场景

　　● 资源优化场景
　　类初始化需要消化非常多的资源， 这个资源包括数据、 硬件资源等。

　　● 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， 则可以使用原型模式。

　　● 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， 可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。

3.3 几种构建模式区别

　　Prototype模式和Builder模式、AbstractFactory模式都是通过一个类（对象实例）来专门负责对象的创建工作（工厂对象），它们之间的区别是：Builder模式重在复杂对象的一步步创建（并不直接返回对象），AbstractFactory模式重在产生多个相互依赖类的对象，而Prototype模式重在从自身复制自己创建新类。