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C++設(shè)計(jì)模式之原型模式

更新時(shí)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(jì)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(shí)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(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》中是這樣說(shuō)的：用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類(lèi)，并且通過(guò)拷貝這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象。這這個(gè)定義中，最重要的一個(gè)詞是“拷貝”，也就是口頭上的復(fù)制，而這個(gè)拷貝，也就是原型模式的精髓所在。

舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明原型模式：記得上小學(xué)的時(shí)候，老師把需要做的課外習(xí)題寫(xiě)到黑板上，而下面的我們都要把這些題抄寫(xiě)到自己的本子上，回家做好，第二天交上來(lái)，也就是每道題，全班50個(gè)人，每個(gè)人都要抄寫(xiě)一遍。按照現(xiàn)在的時(shí)間理論來(lái)說(shuō)，就是浪費(fèi)了50個(gè)人的時(shí)間。但是，那個(gè)時(shí)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(jìn)行分析，老師打印出來(lái)的那一份，就是“原型”，而復(fù)制出來(lái)的那50份，就是使用的“拷貝”。而原型模式就是這么簡(jiǎn)單的一個(gè)道理，通過(guò)現(xiàn)有的東西，再?gòu)?fù)制出一個(gè)來(lái)。

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(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，我們使用原型模式，就是為了創(chuàng)建對(duì)象。但是，在以下場(chǎng)景下，使用原型模式是最好的選擇：

1.當(dāng)我們的對(duì)象類(lèi)型不是開(kāi)始就能確定的，而這個(gè)類(lèi)型是在運(yùn)行期確定的話(huà)，那么我們通過(guò)這個(gè)類(lèi)型的對(duì)象克隆出一個(gè)新的對(duì)象比較容易一些；

2.有的時(shí)候，我們需要一個(gè)對(duì)象在某個(gè)狀態(tài)下的副本，此時(shí)，我們使用原型模式是最好的選擇；例如：一個(gè)對(duì)象，經(jīng)過(guò)一段處理之后，其內(nèi)部的狀態(tài)發(fā)生了變化；這個(gè)時(shí)候，我們需要一個(gè)這個(gè)狀態(tài)的副本，如果直接new一個(gè)新的對(duì)象的話(huà)，但是它的狀態(tài)是不對(duì)的，此時(shí)，可以使用原型模式，將原來(lái)的對(duì)象拷貝一個(gè)出來(lái)，這個(gè)對(duì)象就和之前的對(duì)象是完全一致的了；

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

4.有的時(shí)候，創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)很多，而自己又不完全的知道每個(gè)參數(shù)的意義，就可以使用原型模式來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，不必去理會(huì)創(chuàng)建的過(guò)程，讓創(chuàng)建過(guò)程見(jiàn)鬼去吧。
所以，在上述的的情況下，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，適當(dāng)?shù)目紤]一下原型模式，減少對(duì)應(yīng)的工作量，減少程序的復(fù)雜度，提高效率。

用UML類(lèi)圖表示原型模式

由于克隆需要一個(gè)原型，而上面的類(lèi)圖中Prototype就這個(gè)原型，Prototype定義了克隆自身的Clone接口，由派生類(lèi)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)原型模式的重點(diǎn)就在于這個(gè)Clone接口的實(shí)現(xiàn)。ConcretePrototype1類(lèi)和ConcretePrototype2類(lèi)繼承自Prototype類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)Clone接口，實(shí)現(xiàn)克隆自身的操作；同時(shí)，在ConcretePrototype1類(lèi)和ConcretePrototype2類(lèi)中需要重寫(xiě)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(guò)在內(nèi)部調(diào)用重寫(xiě)的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。在后續(xù)的編碼過(guò)程中，如果某個(gè)類(lèi)需要實(shí)現(xiàn)Clone功能，就只需要繼承Prototype類(lèi)，然后重寫(xiě)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(gè)類(lèi)需要實(shí)現(xiàn)原型模式時(shí)，只需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口的道理是一樣的。

代碼實(shí)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://chabaoo.cn

*/

#include <iostream>

using namespace std;

//接口

class Prototype

{

public :

    Prototype(){}

    virtual ~Prototype(){}

    virtual Prototype * Clone() = 0;

};

//實(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)最簡(jiǎn)單的原型模式，但是已經(jīng)將原型模式的基本實(shí)現(xiàn)原理展現(xiàn)出來(lái)了。而有的時(shí)候，當(dāng)調(diào)用Clone獲得了一個(gè)復(fù)制的對(duì)象以后，需要改變對(duì)象的狀態(tài)，此時(shí)就可能需要在ConcretePrototype類(lèi)中添加一個(gè)Initialize操作，專(zhuān)門(mén)用于初始化克隆對(duì)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(wèn)題。所以，在實(shí)際操作的過(guò)程中，這些問(wèn)題，都需要進(jìn)行仔細(xì)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(gè)工廠生產(chǎn)單一的一種產(chǎn)品的時(shí)候；抽象工廠模式適用于一個(gè)工廠生產(chǎn)多個(gè)相互依賴(lài)的產(chǎn)品；建造者模式著重于復(fù)雜對(duì)象的一步一步創(chuàng)建，組裝產(chǎn)品的過(guò)程，并在創(chuàng)建的過(guò)程中，可以控制每一個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)象的創(chuàng)建；原型模式則更強(qiáng)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(duì)象。

總結(jié)

原型模式作為創(chuàng)建型模式中最特殊的一個(gè)模式，具體的創(chuàng)建過(guò)程，是由對(duì)象本身提供，這樣我們?cè)诤芏嗟膱?chǎng)景下可以很方便的快速的構(gòu)建新的對(duì)象。但是，原型模式的最大缺點(diǎn)是繼承原型的子類(lèi)都要實(shí)現(xiàn)Clone操作，這個(gè)是很困難的。例如，當(dāng)所考慮的類(lèi)已經(jīng)存在時(shí)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(duì)象時(shí)，實(shí)現(xiàn)克隆可能也會(huì)很困難。說(shuō)以說(shuō)，每一種設(shè)計(jì)模式都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們需要進(jìn)行權(quán)衡各方面的因素，揚(yáng)長(zhǎng)避短。

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