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C++設(shè)計模式之原型模式

更新時間：2014年09月30日 15:16:18 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了C++設(shè)計模式之原型模式,本文講解了什么是原型模式、為什么要使用原型模式、代碼實例等內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

什么是原型模式？

在GOF的《設(shè)計模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》中是這樣說的：用原型實例指定創(chuàng)建對象的種類，并且通過拷貝這些原型創(chuàng)建新的對象。這這個定義中，最重要的一個詞是“拷貝”，也就是口頭上的復(fù)制，而這個拷貝，也就是原型模式的精髓所在。

舉一個最簡單的例子來說明原型模式：記得上小學(xué)的時候，老師把需要做的課外習(xí)題寫到黑板上，而下面的我們都要把這些題抄寫到自己的本子上，回家做好，第二天交上來，也就是每道題，全班50個人，每個人都要抄寫一遍。按照現(xiàn)在的時間理論來說，就是浪費了50個人的時間。但是，那個時候條件限制，老師也是不得已而為之?，F(xiàn)在好了，老師做一份電子版的習(xí)題，打印一份，然后拿著這份打印的原版，就可以復(fù)制出50份。

結(jié)合原型模式的概念進行分析，老師打印出來的那一份，就是“原型”，而復(fù)制出來的那50份，就是使用的“拷貝”。而原型模式就是這么簡單的一個道理，通過現(xiàn)有的東西，再復(fù)制出一個來。

為什么要使用原型模式？

原型模式和建造者模式、工廠方法模式一樣，都屬于創(chuàng)建型模式的一種。簡單的來說，我們使用原型模式，就是為了創(chuàng)建對象。但是，在以下場景下，使用原型模式是最好的選擇：

1.當(dāng)我們的對象類型不是開始就能確定的，而這個類型是在運行期確定的話，那么我們通過這個類型的對象克隆出一個新的對象比較容易一些；

2.有的時候，我們需要一個對象在某個狀態(tài)下的副本，此時，我們使用原型模式是最好的選擇；例如：一個對象，經(jīng)過一段處理之后，其內(nèi)部的狀態(tài)發(fā)生了變化；這個時候，我們需要一個這個狀態(tài)的副本，如果直接new一個新的對象的話，但是它的狀態(tài)是不對的，此時，可以使用原型模式，將原來的對象拷貝一個出來，這個對象就和之前的對象是完全一致的了；

3.當(dāng)我們處理一些比較簡單的對象時，并且對象之間的區(qū)別很小，可能就幾個屬性不同而已，那么就可以使用原型模式來完成，省去了創(chuàng)建對象時的麻煩了；

4.有的時候，創(chuàng)建對象時，構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)很多，而自己又不完全的知道每個參數(shù)的意義，就可以使用原型模式來創(chuàng)建一個新的對象，不必去理會創(chuàng)建的過程，讓創(chuàng)建過程見鬼去吧。
所以，在上述的的情況下，在設(shè)計的時候，適當(dāng)?shù)目紤]一下原型模式，減少對應(yīng)的工作量，減少程序的復(fù)雜度，提高效率。

用UML類圖表示原型模式

由于克隆需要一個原型，而上面的類圖中Prototype就這個原型，Prototype定義了克隆自身的Clone接口，由派生類進行實現(xiàn)，而實現(xiàn)原型模式的重點就在于這個Clone接口的實現(xiàn)。ConcretePrototype1類和ConcretePrototype2類繼承自Prototype類，并實現(xiàn)Clone接口，實現(xiàn)克隆自身的操作；同時，在ConcretePrototype1類和ConcretePrototype2類中需要重寫默認(rèn)的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，供Clone函數(shù)調(diào)用，Clone就是通過在內(nèi)部調(diào)用重寫的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)實現(xiàn)的。在后續(xù)的編碼過程中，如果某個類需要實現(xiàn)Clone功能，就只需要繼承Prototype類，然后重寫自己的默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)就好了。好比在C#中就提供了ICloneable接口，當(dāng)某個類需要實現(xiàn)原型模式時，只需要實現(xiàn)這個接口的道理是一樣的。

代碼實現(xiàn)

復(fù)制代碼代碼如下:

/*

** FileName     : PrototypePatternDemo

** Author       : Jelly Young

** Date         : 2013/11/25

** Description  : More information, please go to http://www.dbjr.com.cn

*/

#include <iostream>

using namespace std;

//接口

class Prototype

{

public :

    Prototype(){}

    virtual ~Prototype(){}

    virtual Prototype * Clone() = 0;

};

//實現(xiàn)

class ConcretePrototype : public Prototype

{

public :

    ConcretePrototype():m_counter(0){}

    virtual ~ConcretePrototype(){}

    //拷貝構(gòu)造函數(shù)

    ConcretePrototype( const ConcretePrototype & rhs)

    {

        m_counter = rhs .m_counter;

    }

    //復(fù)制自身

    virtual ConcretePrototype * Clone()

    {

        //調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)

        return new ConcretePrototype (*this );

    }

private :

    int m_counter;

};

int main(int argc , char **argv)

{

    //生成對像

    ConcretePrototype * conProA = new ConcretePrototype ();

    //復(fù)制自身

    ConcretePrototype * conProB = conProA->Clone();

    delete conProA;

    conProA= NULL ;

    delete conProB;

    conProB= NULL ;

    return 0;

}

上述代碼實現(xiàn)了一個最簡單的原型模式，但是已經(jīng)將原型模式的基本實現(xiàn)原理展現(xiàn)出來了。而有的時候，當(dāng)調(diào)用Clone獲得了一個復(fù)制的對象以后，需要改變對象的狀態(tài)，此時就可能需要在ConcretePrototype類中添加一個Initialize操作，專門用于初始化克隆對象。由于在Clone的內(nèi)部調(diào)用的是復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，而此處又涉及到深復(fù)制和淺復(fù)制的問題。所以，在實際操作的過程中，這些問題，都需要進行仔細的考慮。

與其它創(chuàng)建型模式的比較

工廠方法模式、抽象工廠模式、建造者模式和原型模式都是創(chuàng)建型模式。工廠方法模式適用于生產(chǎn)較復(fù)雜，一個工廠生產(chǎn)單一的一種產(chǎn)品的時候；抽象工廠模式適用于一個工廠生產(chǎn)多個相互依賴的產(chǎn)品；建造者模式著重于復(fù)雜對象的一步一步創(chuàng)建，組裝產(chǎn)品的過程，并在創(chuàng)建的過程中，可以控制每一個簡單對象的創(chuàng)建；原型模式則更強調(diào)的是從自身復(fù)制自己，創(chuàng)建要給和自己一模一樣的對象。

總結(jié)

原型模式作為創(chuàng)建型模式中最特殊的一個模式，具體的創(chuàng)建過程，是由對象本身提供，這樣我們在很多的場景下可以很方便的快速的構(gòu)建新的對象。但是，原型模式的最大缺點是繼承原型的子類都要實現(xiàn)Clone操作，這個是很困難的。例如，當(dāng)所考慮的類已經(jīng)存在時就難以新增Clone操作。當(dāng)內(nèi)部包括一些不支持拷貝或者有循環(huán)引用的對象時，實現(xiàn)克隆可能也會很困難。說以說，每一種設(shè)計模式都有它的優(yōu)點和缺點，在設(shè)計的時候，我們需要進行權(quán)衡各方面的因素，揚長避短。

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