设计模式 | 原型模式

定义

原型设计模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它通过复制已有对象来创建新对象，而不是通过构造函数。这种模式适用于需要大量相似对象的情况，避免了重复的初始化工作。

原型模式的核心思想是通过一个原型实例来生成新的对象。通常，一个类会实现一个接口，该接口定义了一个克隆方法，用于复制其自身。

应用场景

对象创建成本较高 ：当创建对象的代价很大时，可以通过复制现有对象来减少开销。
需要动态生成对象 ：在运行时动态生成多个相似对象，例如游戏中的角色、复杂模型等。
替代构造函数 ：在无法确定创建对象的类时，可以使用原型模式进行对象创建。
减少类的数量：通过复制对象，可以减少需要定义的类的数量，方便管理。

实例分享

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>

class Prototype {
  public:
    Prototype() = default;
    Prototype(const std::string& name) : name_(name) {}
    virtual ~Prototype() = default;

    virtual std::unique_ptr<Prototype> clone() const = 0;
    virtual void show() const = 0;

  protected:
    std::string getName() const {
      return name_;
    }
  
  private:
    std::string name_;
};

class ConcretePrototype1 : public Prototype {
  public:
    ConcretePrototype1(const std::string& name, int value1)
       : value1_(value1), Prototype(name) {}

    std::unique_ptr<Prototype> clone() const override {
      return std::make_unique<ConcretePrototype1>(*this);
    }

    void show() const override {
      std::cout << "ConcretePtototype obj:" << this << " name:" << getName()
                << "  value:" << value1_ << std::endl;
    }
  
  private:
    int value1_;
};

class ConcretePrototype2 : public Prototype {
  public:
    ConcretePrototype2(const std::string& name, int value2)
       : value2_(value2), Prototype(name) {}

    std::unique_ptr<Prototype> clone() const override {
      return std::make_unique<ConcretePrototype2>(*this);
    }

    void show() const override {
      std::cout << "ConcretePtototype obj:" << this << " name:" << getName()
                << "  value:" << value2_ << std::endl;
    }

  private:
    int value2_;
};


int main() {
  // Create a prototype object, and clone the original prototype object. Then they have the
  // same object address(only clone).
  auto ori_concrete_obj1 = std::make_unique<ConcretePrototype1>("ConcreteProtoType_01", 100);
  auto clone_obj1_1 = ori_concrete_obj1->clone();
  auto clone_obj1_2 = ori_concrete_obj1->clone();
  ori_concrete_obj1->show();
  clone_obj1_1->show();
  clone_obj1_2->show();
  /**
   * ConcretePtototype obj:0x55f3e65ede90 name:ConcreteProtoType_01  value:100
   * ConcretePtototype obj:0x55f3e65edef0 name:ConcreteProtoType_01  value:100
   * ConcretePtototype obj:0x55f3e65edf30 name:ConcreteProtoType_01  value:100
   */

  clone_obj1_1 = std::make_unique<ConcretePrototype1>("Updated_ConcreteProtoType_01", 120);
  ori_concrete_obj1->show();
  clone_obj1_1->show();
  clone_obj1_2->show();
  /**
   * ConcretePtototype obj:0x55f3e65ede90 name:ConcreteProtoType_01  value:100
   * ConcretePtototype obj:0x55f3e65ee3f0 name:Updated_ConcreteProtoType_01  value:120
   * ConcretePtototype obj:0x55f3e65edf30 name:ConcreteProtoType_01  value:100
   */

  return 0;
}

代码分析

原型接口（Prototype）：

声明了一个克隆方法 `clone` 和一个显示方法 `show`。

具体原型类（ConcretePrototype）：

实现了 `clone` 方法，返回自身的克隆（使用 `std::make_unique` 创建新的对象）。
实现了 `show` 方法，输出对象的名称。

客户端代码（main 函数）：

创建了一个原型对象 `original`。
通过调用 `clone` 方法生成两个克隆对象 `clone1` 和 `clone2`。
显示原型对象及其克隆的名称。
修改 `clone1` 的名称并输出变化。