C++设计模式之原型模式：以家具生产为例

一、原型模式是什么？

原型模式是一种创建型设计模式，核心思想是：以一个已初始化的"原型"对象为模板，通过克隆（复制）该原型快速创建新对象，无需重复执行复杂的构造逻辑。这和家具厂的生产逻辑高度契合------工厂会先打造"标准款家具原型"（如标准尺寸的实木餐椅、基础款咖啡桌），后续生产时无需重新画图纸、开模具、调试工艺，直接克隆原型再微调细节（如换漆面颜色、加雕花装饰），既高效又能保证基础品质一致。

原型模式的核心价值在于"复用已有对象的初始状态"：当创建对象需要繁琐的初始化（如读取材质参数、加载工艺配置），或需批量生产相似对象时，克隆原型比反复新建对象更高效；同时能避免多次构造导致的基础属性偏差。

二、原型模式的核心结构（对应家具生产场景）

原型模式的结构清晰，结合家具生产场景可拆解为三个核心角色，每个角色都对应工厂中的实际职能：

抽象原型（Abstract Prototype）：定义"可克隆"接口的抽象类，相当于家具厂的"通用生产规范"，明确所有家具必须具备"复制自身"的能力。它会封装家具的通用属性（如材质、尺寸、颜色）和克隆方法。
具体原型（Concrete Prototype）：实现抽象原型接口的具体家具类，即工厂打造的"标准款原型"，如"标准实木餐椅原型""基础板式书桌原型"。它们自带固定的初始状态（如餐椅宽45cm、材质为橡木），并实现具体的克隆逻辑。
客户端（Client）：使用原型的角色，对应家具厂的"生产工人"。工人无需掌握家具的完整构造流程，只需拿到标准原型，调用克隆方法得到新家具，再根据订单需求修改个性化细节（如将餐椅漆面从原木色改成胡桃色）。

三、代码示例：家具工厂的原型模式实现

我们以家具厂最常见的"餐椅"和"书桌"为具体原型，实现原型模式。需求是：工厂已有橡木餐椅、板式书桌的标准原型，接收订单时克隆原型，快速生产个性化家具（修改颜色、添加装饰），且修改新家具不影响原原型。

3.1 第一步：定义抽象原型（可克隆家具接口）

抽象原型类需包含家具的通用属性（材质、尺寸、颜色、装饰），以及核心的克隆纯虚函数（强制子类实现），同时提供信息展示方法。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 抽象原型：可克隆的家具接口
class FurniturePrototype {
protected:
    string material;   // 材质（橡木、板式、实木等）
    string size;       // 尺寸（标准化描述）
    string color;      // 颜色（原木色、胡桃色等）
    string decoration; // 装饰（无装饰、雕花、贴皮等）
public:
    // 构造函数：初始化家具基础属性（原型的标准配置）
    FurniturePrototype(string mat, string sz, string col)
        : material(mat), size(sz), color(col), decoration("无装饰") {}
    // 虚析构：确保子类对象能正确释放
    virtual ~FurniturePrototype() {}

    // 通用访问器和修改器（用于个性化调整）
    string getColor() { return color; }
    void setColor(string col) { color = col; }
    string getDecoration() { return decoration; }
    void setDecoration(string dec) { decoration = dec; }
    string getMaterial() { return material; }
    string getSize() { return size; }

    // 核心：克隆接口（纯虚函数，子类必须实现）
    virtual FurniturePrototype* clone() = 0;

    // 显示家具完整信息（通用实现，子类可重载）
    virtual void showFurnitureInfo() {
        cout << "家具材质：" << material << endl;
        cout << "标准尺寸：" << size << endl;
        cout << "外观颜色：" << color << endl;
        cout << "装饰细节：" << decoration << endl;
        cout << "-------------------------" << endl;
    }
};

3.2 第二步：实现具体原型（标准款家具）

分别实现"标准橡木餐椅"和"基础板式书桌"两个具体原型，核心是重载克隆函数------通过拷贝构造自身属性，返回新的家具对象。这里采用"深拷贝"思路（因属性为string，默认拷贝已满足深拷贝需求）。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 前向声明抽象原型（若单独文件需包含头文件）
class FurniturePrototype;

// 具体原型1：标准橡木餐椅
class OakDiningChair : public FurniturePrototype {
public:
    // 构造函数：初始化餐椅的标准配置（原型状态）
    OakDiningChair() 
        // 调用父类构造，设定橡木材质、45*45*85cm标准尺寸、原木色
        : FurniturePrototype("优质橡木", "45cm*45cm*85cm", "原木色") {}

    // 实现克隆接口：创建自身的拷贝
    virtual FurniturePrototype* clone() override {
        // 拷贝构造当前对象，返回新的餐椅实例
        return new OakDiningChair(*this);
    }

    // 重载信息展示（增加家具类型标识）
    virtual void showFurnitureInfo() override {
        cout << "【标准橡木餐椅】" << endl;
        FurniturePrototype::showFurnitureInfo();
    }
};

// 具体原型2：基础板式书桌
class BoardDesk : public FurniturePrototype {
public:
    // 构造函数：初始化书桌的标准配置（原型状态）
    BoardDesk()
        // 调用父类构造，设定环保板式、120*60*75cm标准尺寸、白色
        : FurniturePrototype("环保板式", "120cm*60cm*75cm", "白色") {}

    // 实现克隆接口：创建自身的拷贝
    virtual FurniturePrototype* clone() override {
        return new BoardDesk(*this);
    }

    // 重载信息展示（增加家具类型标识）
    virtual void showFurnitureInfo() override {
        cout << "【基础板式书桌】" << endl;
        FurniturePrototype::showFurnitureInfo();
    }
};

3.3 第三步：客户端调用（家具厂生产流程）

客户端模拟工人操作：先获取工厂的标准原型，克隆得到新家具后，根据订单需求修改个性化参数（颜色、装饰），最终输出家具信息。整个过程无需新建原型，仅通过克隆实现快速生产。

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

// 客户端：家具厂生产逻辑
int main() {
    // 1. 工厂初始化标准原型（仅需创建一次，可重复克隆）
    FurniturePrototype* standardChair = new OakDiningChair();
    FurniturePrototype* standardDesk = new BoardDesk();

    // 2. 订单1：生产2把胡桃色雕花餐椅（克隆原型+个性化修改）
    cout << "=== 订单1：胡桃色雕花橡木餐椅（2把） ===" << endl;
    FurniturePrototype* chair1 = standardChair->clone();
    chair1->setColor("胡桃色");
    chair1->setDecoration("椅背雕花");
    chair1->showFurnitureInfo();

    FurniturePrototype* chair2 = standardChair->clone();
    chair2->setColor("胡桃色");
    chair2->setDecoration("椅背雕花");
    chair2->showFurnitureInfo();

    // 3. 订单2：生产1张灰色贴皮书桌（克隆原型+个性化修改）
    cout << "=== 订单2：灰色贴皮板式书桌（1张） ===" << endl;
    FurniturePrototype* desk1 = standardDesk->clone();
    desk1->setColor("深灰色");
    desk1->setDecoration("桌面木纹贴皮");
    desk1->showFurnitureInfo();

    // 4. 验证原原型未被修改（核心：克隆不影响原型状态）
    cout << "=== 验证标准原型状态 ===" << endl;
    cout << "标准餐椅状态：" << endl;
    standardChair->showFurnitureInfo();
    cout << "标准书桌状态：" << endl;
    standardDesk->showFurnitureInfo();

    // 释放资源
    delete standardChair;
    delete standardDesk;
    delete chair1;
    delete chair2;
    delete desk1;

    return 0;
}

四、原型模式的关键要点（结合家具场景总结）

克隆的核心是"属性拷贝"：若家具包含指针等复杂属性（如"配件清单"动态数组），需实现深拷贝，避免克隆对象与原型共享资源；若仅为基础类型（string、int），默认浅拷贝即可。
原型需初始化完整状态：标准原型的初始属性（如材质、尺寸）必须明确，否则克隆的新家具会存在基础缺陷，就像工厂原型尺寸错误会导致所有克隆产品不合格。
适用场景匹配：当家具生产中"构造成本高"（如定制款家具需反复调试参数）或"批量生产相似产品"（如同一户型的家具套装）时，原型模式优势最明显；若每次都需全新设计（如艺术定制家具），则不适用。