• 五.克隆模式


    在有些系统中,存在大量相同或相似对象的创建问题,如果用传统的构造函数来创建对象,会比较复杂且耗时耗资源,用原型模式生成对象就很高效,就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。

    原型模式的定义与特点

    原型(Prototype)模式的定义如下:用一个已经创建的实例作为原型,通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里,原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效,根本无须知道对象创建的细节。例如,Windows 操作系统的安装通常较耗时,如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多,这里不一一列举了。

    原型模式的结构与实现

    由于 Java 提供了对象的 clone() 方法,所以用 Java 实现原型模式很简单。

    1. 模式的结构

    原型模式包含以下主要角色。

    1. 抽象原型类:规定了具体原型对象必须实现的接口。
    2. 具体原型类:实现抽象原型类的 clone() 方法,它是可被复制的对象。
    3. 访问类:使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。


    其结构图如图 1 所示。

    原型模式的结构图
    图1 原型模式的结构图

    2. 模式的实现

    原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆,Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法,具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆,这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下:

    1. //具体原型类
    2. class Realizetype implements Cloneable
    3. {
    4. Realizetype()
    5. {
    6. System.out.println("具体原型创建成功!");
    7. }
    8. public Object clone() throws CloneNotSupportedException
    9. {
    10. System.out.println("具体原型复制成功!");
    11. return (Realizetype)super.clone();
    12. }
    13. }
    14. //原型模式的测试类
    15. public class PrototypeTest
    16. {
    17. public static void main(String[] args)throws CloneNotSupportedException
    18. {
    19. Realizetype obj1=new Realizetype();
    20. Realizetype obj2=(Realizetype)obj1.clone();
    21. System.out.println("obj1==obj2?"+(obj1==obj2));
    22. }
    23. }


    程序的运行结果如下:

    具体原型创建成功!
    具体原型复制成功!
    obj1==obj2?false

    原型模式的应用实例

    【例1】用原型模式模拟“孙悟空”复制自己。

    分析:孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空,这实际上是用到了原型模式。这里的孙悟空类 SunWukong 是具体原型类,而 Java 中的 Cloneable 接口是抽象原型类。

    同前面介绍的猪八戒实例一样,由于要显示孙悟空的图像(点击此处下载该程序所要显示的孙悟空的图片),所以将孙悟空类定义成面板 JPanel 的子类,里面包含了标签,用于保存孙悟空的图像。

    另外,重写了 Cloneable 接口的 clone() 方法,用于复制新的孙悟空。访问类可以通过调用孙悟空的 clone() 方法复制多个孙悟空,并在框架窗体 JFrame 中显示。图 2 所示是其结构图。

    孙悟空生成器的结构图
    图2 孙悟空生成器的结构图


    程序代码如下:

    1. import java.awt.*;
    2. import javax.swing.*;
    3. class SunWukong extends JPanel implements Cloneable
    4. {
    5. private static final long serialVersionUID = 5543049531872119328L;
    6. public SunWukong()
    7. {
    8. JLabel l1=new JLabel(new ImageIcon("src/Wukong.jpg"));
    9. this.add(l1);
    10. }
    11. public Object clone()
    12. {
    13. SunWukong w=null;
    14. try
    15. {
    16. w=(SunWukong)super.clone();
    17. }
    18. catch(CloneNotSupportedException e)
    19. {
    20. System.out.println("拷贝悟空失败!");
    21. }
    22. return w;
    23. }
    24. }
    25. public class ProtoTypeWukong
    26. {
    27. public static void main(String[] args)
    28. {
    29. JFrame jf=new JFrame("原型模式测试");
    30. jf.setLayout(new GridLayout(1,2));
    31. Container contentPane=jf.getContentPane();
    32. SunWukong obj1=new SunWukong();
    33. contentPane.add(obj1);
    34. SunWukong obj2=(SunWukong)obj1.clone();
    35. contentPane.add(obj2);
    36. jf.pack();
    37. jf.setVisible(true);
    38. jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    39. }
    40. }


    程序的运行结果如图 3 所示。

    孙悟空克隆器的运行结果
    图3 孙悟空克隆器的运行结果


    用原型模式除了可以生成相同的对象,还可以生成相似的对象,请看以下实例。

    【例2】用原型模式生成“三好学生”奖状。

    分析:同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同,其他都相同,属于相似对象的复制,同样可以用原型模式创建,然后再做简单修改就可以了。图 4 所示是三好学生奖状生成器的结构图。

    奖状生成器的结构图
    图4 奖状生成器的结构图


    程序代码如下:

    1. public class ProtoTypeCitation
    2. {
    3. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException
    4. {
    5. citation obj1=new citation("张三","同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。","韶关学院");
    6. obj1.display();
    7. citation obj2=(citation) obj1.clone();
    8. obj2.setName("李四");
    9. obj2.display();
    10. }
    11. }
    12. //奖状类
    13. class citation implements Cloneable
    14. {
    15. String name;
    16. String info;
    17. String college;
    18. citation(String name,String info,String college)
    19. {
    20. this.name=name;
    21. this.info=info;
    22. this.college=college;
    23. System.out.println("奖状创建成功!");
    24. }
    25. void setName(String name)
    26. {
    27. this.name=name;
    28. }
    29. String getName()
    30. {
    31. return(this.name);
    32. }
    33. void display()
    34. {
    35. System.out.println(name+info+college);
    36. }
    37. public Object clone() throws CloneNotSupportedException
    38. {
    39. System.out.println("奖状拷贝成功!");
    40. return (citation)super.clone();
    41. }
    42. }


    程序运行结果如下:

    奖状创建成功!
    张三同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。韶关学院
    奖状拷贝成功!
    李四同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。韶关学院

    原型模式的应用场景

    原型模式通常适用于以下场景。

    • 对象之间相同或相似,即只是个别的几个属性不同的时候。
    • 对象的创建过程比较麻烦,但复制比较简单的时候。

    原型模式的扩展

    原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式,它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型,Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。其结构图如图 5 所示。

    带原型管理器的原型模式的结构图
    图5 带原型管理器的原型模式的结构图


    【例3】用带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型,并计算其面积。分析:本实例中由于存在不同的图形类,例如,“圆”和“正方形”,它们计算面积的方法不一样,所以需要用一个原型管理器来管理它们,图 6 所示是其结构图。

    图形生成器的结构图
    图6 图形生成器的结构图


    程序代码如下:

    1. import java.util.*;
    2. interface Shape extends Cloneable
    3. {
    4. public Object clone(); //拷贝
    5. public void countArea(); //计算面积
    6. }
    7. class Circle implements Shape
    8. {
    9. public Object clone()
    10. {
    11. Circle w=null;
    12. try
    13. {
    14. w=(Circle)super.clone();
    15. }
    16. catch(CloneNotSupportedException e)
    17. {
    18. System.out.println("拷贝圆失败!");
    19. }
    20. return w;
    21. }
    22. public void countArea()
    23. {
    24. int r=0;
    25. System.out.print("这是一个圆,请输入圆的半径:");
    26. Scanner input=new Scanner(System.in);
    27. r=input.nextInt();
    28. System.out.println("该圆的面积="+3.1415*r*r+" ");
    29. }
    30. }
    31. class Square implements Shape
    32. {
    33. public Object clone()
    34. {
    35. Square b=null;
    36. try
    37. {
    38. b=(Square)super.clone();
    39. }
    40. catch(CloneNotSupportedException e)
    41. {
    42. System.out.println("拷贝正方形失败!");
    43. }
    44. return b;
    45. }
    46. public void countArea()
    47. {
    48. int a=0;
    49. System.out.print("这是一个正方形,请输入它的边长:");
    50. Scanner input=new Scanner(System.in);
    51. a=input.nextInt();
    52. System.out.println("该正方形的面积="+a*a+" ");
    53. }
    54. }
    55. class ProtoTypeManager
    56. {
    57. private HashMap<String, Shape>ht=new HashMap<String,Shape>();
    58. public ProtoTypeManager()
    59. {
    60. ht.put("Circle",new Circle());
    61. ht.put("Square",new Square());
    62. }
    63. public void addshape(String key,Shape obj)
    64. {
    65. ht.put(key,obj);
    66. }
    67. public Shape getShape(String key)
    68. {
    69. Shape temp=ht.get(key);
    70. return (Shape) temp.clone();
    71. }
    72. }
    73. public class ProtoTypeShape
    74. {
    75. public static void main(String[] args)
    76. {
    77. ProtoTypeManager pm=new ProtoTypeManager();
    78. Shape obj1=(Circle)pm.getShape("Circle");
    79. obj1.countArea();
    80. Shape obj2=(Shape)pm.getShape("Square");
    81. obj2.countArea();
    82. }
    83. }


    运行结果如下所示:

    这是一个圆,请输入圆的半径:3
    该圆的面积=28.2735
    
    这是一个正方形,请输入它的边长:3
    该正方形的面积=9
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