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實(shí)例講解C++編程中對(duì)設(shè)計(jì)模式中的原型模式的使用

更新時(shí)間：2016年03月09日 11:59:03 作者：夢(mèng)在天涯

這篇文章主要介紹了C++編程中對(duì)設(shè)計(jì)模式中的原型模式的使用實(shí)例,包括原型模式中對(duì)C++的深拷貝和淺拷貝的處理,需要的朋友可以參考下

原型模式的實(shí)現(xiàn)完整代碼示例（code）：原型模式的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，這里為了方便初學(xué)者的學(xué)習(xí)和參考，將給出完整的實(shí)現(xiàn)代碼（所有代碼采用 C++實(shí)現(xiàn)，并在 VC 6.0 下測(cè)試運(yùn)行）。

代碼片斷 1：Prototype.h

//Prototype.h
#ifndef _PROTOTYPE_H_
#define _PROTOTYPE_H_
class Prototype{
 public:
 virtual ~Prototype();
 virtual Prototype* Clone() const = 0;
 protected:
 Prototype();
 private:
};
class ConcretePrototype:public Prototype{
 public:
 ConcretePrototype();
 ConcretePrototype(const ConcretePrototype& cp);
 ~ConcretePrototype();
 Prototype* Clone() const;
 protected:
 private:
};
#endif //~_PROTOTYPE_H_

代碼片斷 2：Prototype.cpp

//Prototype.cpp
#include "Prototype.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Prototype::Prototype(){
}
Prototype::~Prototype(){
}
Prototype* Prototype::Clone() const{
 return 0;
}
ConcretePrototype::ConcretePrototype(){
}
ConcretePrototype::~ConcretePrototype(){
}
ConcretePrototype::ConcretePrototype(const ConcretePrototype& cp){
 cout<<"ConcretePrototype copy ..."<<endl;
}
Prototype* ConcretePrototype::Clone() const{
 return new ConcretePrototype(*this);
}

代碼片斷 3：main.cpp

//main.cpp
#include "Prototype.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[]){
 Prototype* p = new ConcretePrototype();
 Prototype* p1 = p->Clone();
 return 0;
}

代碼說(shuō)明：原型模式的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)都很簡(jiǎn)單，其關(guān)鍵就是（C++中）拷貝構(gòu)造函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，這也是 C++實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面上的事情。由于在示例代碼中不涉及到深層拷貝（主要指有指針、復(fù)合對(duì)象的情況），因此我們通過(guò)編譯器提供的默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)（按位拷貝）的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明的是這一切只是為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單起見(jiàn)，也因?yàn)楸疚臋n的重點(diǎn)不在拷貝構(gòu)造函數(shù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，而在原型模式本身的思想。

另一個(gè)實(shí)例

我們?cè)賮?lái)看一個(gè)具體項(xiàng)目的例子：

namespace Prototype_DesignPattern
{
 using System;

 // Objects which are to work as prototypes must be based on classes which 
 // are derived from the abstract prototype class
 abstract class AbstractPrototype 
 {
  abstract public AbstractPrototype CloneYourself();
 }

 // This is a sample object
 class MyPrototype : AbstractPrototype 
 {
  override public AbstractPrototype CloneYourself()
  {
   return ((AbstractPrototype)MemberwiseClone());
  }
  // lots of other functions go here!
 }

 // This is the client piece of code which instantiate objects
 // based on a prototype. 
 class Demo 
 {
  private AbstractPrototype internalPrototype;

  public void SetPrototype(AbstractPrototype thePrototype)
  {
   internalPrototype = thePrototype;   
  }

  public void SomeImportantOperation()
  {
   // During Some important operation, imagine we need
   // to instantiate an object - but we do not know which. We use
   // the predefined prototype object, and ask it to clone itself. 

   AbstractPrototype x;
   x = internalPrototype.CloneYourself();
   // now we have two instances of the class which as as a prototype
  }
 }

 /// <summary>
 /// Summary description for Client.
 /// </summary>
 public class Client
 {
  public static int Main(string[] args)
  {      
   Demo demo = new Demo();
   MyPrototype clientPrototype = new MyPrototype();
   demo.SetPrototype(clientPrototype);
   demo.SomeImportantOperation();

   return 0;
  }
 }
}

C#對(duì)原型模式的支持

在C#里面，我們可以很容易的通過(guò)Clone()方法實(shí)現(xiàn)原型模式。任何類，只要想支持克隆，必須實(shí)現(xiàn)C#中的ICloneable接口。ICloneable接口中有一Clone方法，可以在類中復(fù)寫(xiě)實(shí)現(xiàn)自定義的克隆方法?？寺〉膶?shí)現(xiàn)方法有兩種：淺拷貝（shallow copy）與深拷貝（deep copy）。
淺拷貝與深拷貝

下面給出淺拷貝與深拷貝的兩個(gè)例子，例子使用了ICloneable接口。C#中的數(shù)組是引用型的變量，我們通過(guò)數(shù)組來(lái)進(jìn)行演示：

淺拷貝：

using System;

class ShallowCopy : ICloneable
{
 public int[] v = {1,2,3};

 public Object Clone()
 {
 return this.MemberwiseClone();
 }

 public void Display()
 {
 foreach(int i in v)
  Console.Write( i + ", ");
 Console.WriteLine();
 }
}

class Client
{
 public static void Main()
 {
 ShallowCopy sc1 = new ShallowCopy();
 ShallowCopy sc2 = (ShallowCopy)sc1.Clone();
 sc1.v[0] = 9;

 sc1.Display();
 sc2.Display();
 }
}

ShallowCopy對(duì)象實(shí)現(xiàn)了一個(gè)淺拷貝，因此當(dāng)對(duì)sc1進(jìn)行克隆時(shí)，其字段v并沒(méi)有克隆，這導(dǎo)致sc1與sc2的字段v都指向了同一個(gè)v，因此，當(dāng)修改了sc1的v[0]后，sc2的v[0]也發(fā)生了變化。

深拷貝：

using System;

class DeepCopy : ICloneable
{
 public int[] v = {1,2,3};

 // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
 public DeepCopy()
 {
 }

 // 供Clone方法調(diào)用的私有構(gòu)造函數(shù)
 private DeepCopy(int[] v)
 {
 this.v = (int[])v.Clone();
 }

 public Object Clone()
 {
 // 構(gòu)造一個(gè)新的DeepCopy對(duì)象，構(gòu)造參數(shù)為
 // 原有對(duì)象中使用的 v 
 return new DeepCopy(this.v);
 }

 public void Display()
 {
 foreach(int i in v)
  Console.Write( i + ", ");
 Console.WriteLine();
 }
}

class Client
{
 public static void Main()
 {
 DeepCopy dc1 = new DeepCopy();
 DeepCopy dc2 = (DeepCopy)dc1.Clone();
 dc1.v[0] = 9;

 dc1.Display();
 dc2.Display();
 }
}

關(guān)于原型模式的討論

原型模式通過(guò)復(fù)制原型（原型）而獲得新對(duì)象創(chuàng)建的功能，這里原型本身就是"對(duì)象工廠"（因?yàn)槟軌蛏a(chǎn)對(duì)象），實(shí)際上原型模式和 Builder 模式、AbstractFactory 模式都是通過(guò)一個(gè)類（對(duì)象實(shí)例）來(lái)專門(mén)負(fù)責(zé)對(duì)象的創(chuàng)建工作（工廠對(duì)象），它們之間的區(qū)別是： Builder 模式重在復(fù)雜對(duì)象的一步步創(chuàng)建（并不直接返回對(duì)象），AbstractFactory 模式重在產(chǎn)生多個(gè)相互依賴類的對(duì)象，而原型模式重在從自身復(fù)制自己創(chuàng)建新類。

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