原型模式（Prototype）

在前面的几种创建型模式中（工厂、抽象工厂、建造者），

我们解决的核心问题都是：

"对象该怎么创建？"

而原型模式关注的是另一件事：

"对象已经很复杂了，能不能直接复制一个？"

这就是 Prototype（原型）模式 要解决的问题。

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一、原型模式要解决什么问题？

原型模式的核心思想一句话就够了：

通过复制已有对象来创建新对象，而不是通过 new 或构造函数。

它适合解决这类场景：

• 对象创建成本很高（初始化复杂、耗时）
• 对象结构复杂，构造参数多
• 需要大量相似对象，只在少量属性上不同
• 希望避免大量重复的初始化逻辑

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二、一个"很痛苦"的对象创建例子

先看一个不使用原型模式的写法。

class Report:
    def __init__(self):
        self.title = ""
        self.header = ""
        self.body = ""
        self.footer = ""
        self.styles = {}
        self.permissions = []

    def generate(self):
        print(f"Generate report: {self.title}")

如果每次创建报告，都要这样：

r1 = Report()
r1.title = "Sales Report"
r1.header = "Company Header"
r1.body = "Sales Data"
r1.footer = "Company Footer"
r1.styles = {"font": "Arial"}
r1.permissions = ["admin", "manager"]

再来一个几乎一样的：

r2 = Report()
r2.title = "Inventory Report"
r2.header = "Company Header"
r2.body = "Inventory Data"
r2.footer = "Company Footer"
r2.styles = {"font": "Arial"}
r2.permissions = ["admin", "manager"]

问题非常明显：

• 大量重复初始化代码
• 很容易漏字段、写错字段
• 一旦结构调整，所有创建逻辑都要改

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三、原型模式的核心思想

原型模式不是"从零创建"，而是：

1. 先准备一个原型对象
2. 通过拷贝原型来创建新对象
3. 再对差异部分进行修改

这在 Python 里天然就很顺手。

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四、Python 中实现原型模式的关键工具

1️⃣ 浅拷贝与深拷贝

Python 标准库已经帮你准备好了：

import copy

• copy.copy() → 浅拷贝
• copy.deepcopy() → 深拷贝

这是原型模式在 Python 中最常见的实现方式。

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五、使用原型模式重构示例

1️⃣ 定义一个原型对象

import copy

class Report:
    def __init__(self, title):
        self.title = title
        self.header = "Company Header"
        self.body = ""
        self.footer = "Company Footer"
        self.styles = {"font": "Arial"}
        self.permissions = ["admin", "manager"]

    def clone(self):
        return copy.deepcopy(self)

    def generate(self):
        print(f"Generate report: {self.title}")

2️⃣ 创建原型

base_report = Report("Base Report")

3️⃣ 基于原型复制新对象

sales_report = base_report.clone()
sales_report.title = "Sales Report"
sales_report.body = "Sales Data"

inventory_report = base_report.clone()
inventory_report.title = "Inventory Report"
inventory_report.body = "Inventory Data"

4️⃣ 使用

sales_report.generate()
inventory_report.generate()

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六、为什么一定要用 deepcopy？

看这个例子：

r1 = base_report.clone()
r2 = base_report.clone()

r1.permissions.append("guest")

如果你用了 浅拷贝：

• r1.permissions
• r2.permissions
• base_report.permissions

很可能指向的是同一个列表对象。

这会导致非常隐蔽的 bug。

所以经验法则是：

原型模式中，除非你非常确定，否则优先使用 deepcopy。

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七、原型注册表（Prototype Registry）

在复杂系统中，通常不止一个原型。

可以用一个"原型仓库"来统一管理。

class PrototypeRegistry:
    def __init__(self):
        self._prototypes = {}

    def register(self, name, prototype):
        self._prototypes[name] = prototype

    def clone(self, name):
        return self._prototypes[name].clone()

使用方式：

registry = PrototypeRegistry()

registry.register("base_report", base_report)

r = registry.clone("base_report")
r.title = "Custom Report"

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八、原型模式的优缺点

✅ 优点

• 避免复杂、重复的构造逻辑
• 创建对象速度快
• 对象结构变化时，修改成本低
• 非常适合 Python 的动态特性

❌ 缺点

• 深拷贝可能有性能开销
• 对象之间的引用关系复杂时，调试成本高
• 不恰当使用浅拷贝容易引发隐藏 bug

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九、原型模式适合用在什么地方？

非常适合以下场景：

• 模板对象、配置对象
• 报表、文档、表单生成
• 游戏中的角色、技能、道具
• UI 组件复制
• 需要"从现有状态复制"的对象

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十、一句话总结

原型模式的本质不是"设计得多高大上"，
而是让你：
少写构造代码，少踩初始化的坑。

在 Python 中：

• copy.deepcopy
• 再加一个 clone() 方法

就已经是一个非常地道、实用的原型模式实现了。