5.原型模式
设计模式——原型模式
一、基本概念
1. 定义
原型模式是创建型模式的一种，其特点在于通过“复制”一个已经存在的实例来返回新的实例,而不是新建实例。被复制的实例就是我们所称的“原型”，这个原型是可定制的。
原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例使程序运行更高效；或者创建值相等，只是命名不一样的同类数据。
2. 优缺点
优点：
- C++ 中原型模式基于拷贝构造函数复制对象，无需重新执行完整的构造初始化流程，在性能上往往更加优良；
- 可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。
缺点：
- 需要为每一个类都配置一个 clone 方法；
- clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则；
- 当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。
3. 结构
原型模式包含以下主要角色。
- 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口；
- 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；
- 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
4. UML
C++ 中没有统一的根基类，惯用法是在抽象基类中声明虚函数 clone()，具体原型类利用拷贝构造函数实现它，这里的抽象基类就是抽象原型类。
classDiagram
class Prototype {
<<abstract>>
+clone() Prototype
}
class ConcretePrototype {
+clone() Prototype
}
class Client {
+operation() void
}
Prototype <|-- ConcretePrototype
Client ..> Prototype : clone() 复制
二、代码实现
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。
- 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于指针类型的成员，仍指向原有属性所指向的内存地址；
- 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。
浅克隆
浅克隆使用拷贝构造函数实现即可。
#include <iostream>#include <vector>
class ConcretePrototype { /* * 具体原型类 * */public: // C++ 中利用拷贝构造函数实现克隆（对应 Java 的 clone()） ConcretePrototype* clone() const { return new ConcretePrototype(*this); }};
int main() { /* * 实现类 * */ ConcretePrototype concretePrototype; std::vector<ConcretePrototype*> list;
for (int i = 0; i < 10; i++) { list.push_back(concretePrototype.clone()); }
// 打印每个克隆对象的地址，可见是 10 个不同的新对象 for (const auto* p : list) { std::cout << p << std::endl; }
for (auto* p : list) { delete p; } return 0;}深克隆
深克隆一般情况下都是通过自定义拷贝构造函数实现（逐成员复制所引用的对象）。
#include <iostream>#include <string>
class Target { // 需要被深拷贝的类public: std::string name; explicit Target(std::string name) : name(std::move(name)) {}};
class ConPrototype { /* * C++ 中通过拷贝构造函数实现深克隆： * 成员 target 会被完整复制为新的对象，而非与原对象共享 * */private: Target target{"小红"}; // 等价于 Java 的 private Target target = new Target("小红");
public: ConPrototype* deepClone() const { // 调用拷贝构造函数，成员被逐层复制（深拷贝） return new ConPrototype(*this); }
const Target& getTarget() const { return target; }};
int main() { ConPrototype obj; ConPrototype* obj1 = obj.deepClone(); // 比较：深克隆后两个 target 是不同的对象 std::cout << std::boolalpha << (&obj.getTarget() == &obj1->getTarget()) << std::endl; delete obj1; return 0;}参考：
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