《设计模式的艺术》笔记 - 原型模式

介绍

使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过克隆这些原型创建新的对象。原型模式是一种对象创建型模式。

实现

myclass.h

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// Created by yuwp on 2024/1/12.
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#ifndef DESIGNPATTERNS_MYCLASS_H
#define DESIGNPATTERNS_MYCLASS_H

#include <iostream>

class Prototype {
public:
    void setId(uint64_t id);

    uint64_t getId();

    virtual Prototype *clone() = 0;

private:
    uint64_t m_id;
};

class ConcretePrototype : public Prototype {
public:
    Prototype *clone() override;
};

#endif //DESIGNPATTERNS_MYCLASS_H

myclass.cpp

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// Created by yuwp on 2024/1/12.
//

#include "myclass.h"

void Prototype::setId(uint64_t id) {
    m_id = id;
}

uint64_t Prototype::getId() {
    return m_id;
}

Prototype* ConcretePrototype::clone() {
    ConcretePrototype *prototype = new ConcretePrototype();
    prototype->setId(this->getId());
    return prototype;
}

main.cpp

#include <iostream>
#include <mutex>
#include "myclass.h"

int main() {
    Prototype *obj1 = new ConcretePrototype();
    std::cout << "obj1: " << std::hex << obj1 << ", id: " << obj1->getId() << std::endl;
    auto obj2 = obj1->clone();
    std::cout << "obj2: " << std::hex << obj2 << ", id: " << obj2->getId() << std::endl;
    delete obj1;
    delete obj2;

    return 0;
}

总结

优点：

1. 当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率。

2. 扩展性较好。由于在原型模式中提供了抽象原型类，在客户端可以针对抽象原型类进行编程，而将具体原型类写在配置文件中，增加或减少具体原型类对原有系统都没有任何影响。

3. 原型模式提供了简化的创建结构。工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的工厂等级结构，而原型模式就不需要这样。原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品。

4. 可以使用深克隆的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，以便在需要的时候使用，例如恢复到某一历史状态，可辅助实现撤销操作。

缺点：

1. 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部。当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则。

2. 在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的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦。

适用场景：

1. 创建新对象成本较大（例如初始化需要占用较长的时间，占用太多的CPU资源或网络资源）。新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改。

2. 如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占用内存较少时，可以使用原型模式配合备忘录模式（本书第21章介绍）来实现。

3. 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态。通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。

练习

myclass.h

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// Created by yuwp on 2024/1/12.
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#ifndef DESIGNPATTERNS_MYCLASS_H
#define DESIGNPATTERNS_MYCLASS_H

#include <iostream>

class Address {
public:
    std::string m_name;
    uint32_t m_id;
};

class Object {
public:
    virtual Object *deepClone() = 0;
    virtual Object *clone() = 0;
};

class Customer : public Object {
public:
    Customer() {}
    Customer(Address *addr);
    Address *getAddress();
    void setAddress(Address *addr);
    Object *deepClone() override;
    Object *clone() override;

private:
    Address *m_addr;
};

#endif //DESIGNPATTERNS_MYCLASS_H

myclass.cpp

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// Created by yuwp on 2024/1/12.
//

#include "myclass.h"

Customer::Customer(Address *addr) {
    m_addr = addr;
}

Address* Customer::getAddress() {
    return m_addr;
}

void Customer::setAddress(Address *addr) {
    m_addr = addr;
}

Object* Customer::clone() {
    Customer *customer = new Customer();
    customer->setAddress(m_addr);
    return customer;
}

Object* Customer::deepClone() {
    Customer *customer = new Customer();
    Address *address = new Address();
    address->m_id = m_addr->m_id;
    address->m_name = m_addr->m_name;
    customer->setAddress(address);
    return customer;
}

main.cpp

#include <iostream>
#include <mutex>
#include "myclass.h"

int main() {
    Address *addr = new Address();
    addr->m_id = 1;
    addr->m_name = "abc";
    Object *obj1 = new Customer(addr);
    auto obj2 = obj1->clone();
    auto obj3 = obj1->deepClone();
    std::cout << "obj1: " << std::hex << obj1 << ", addr = " << std::hex << dynamic_cast<Customer *>(obj1)->getAddress() << ", id = " << dynamic_cast<Customer *>(obj1)->getAddress()->m_id << ", name = " << dynamic_cast<Customer *>(obj1)->getAddress()->m_name << std::endl;
    std::cout << "obj2: " << std::hex << obj2 << ", addr = " << std::hex << dynamic_cast<Customer *>(obj2)->getAddress() << ", id = " << dynamic_cast<Customer *>(obj2)->getAddress()->m_id << ", name = " << dynamic_cast<Customer *>(obj2)->getAddress()->m_name << std::endl;
    std::cout << "obj3: " << std::hex << obj3 << ", addr = " << std::hex << dynamic_cast<Customer *>(obj3)->getAddress() << ", id = " << dynamic_cast<Customer *>(obj3)->getAddress()->m_id << ", name = " << dynamic_cast<Customer *>(obj3)->getAddress()->m_name << std::endl;

    return 0;
}