原型模式

1.动机

• 上小学的时候，老师把需要做的课外习题写到黑板上，而下面的我们都要把这些题抄写到自己的本子上，回家做好，第二天交上来，也就是每道题，全班50个人，每个人都要抄写一遍。按照现在的时间理论来说，就是浪费了50个人的时间。但是，那个时候条件限制，老师也是不得已而为之。现在好了，老师做一份电子版的习题，打印一份，然后拿着这份打印的原版，就可以复制出50份。

• 结合原型模式的概念进行分析，老师打印出来的那一份，就是“原型”，而复制出来的那50份，就是使用的“拷贝”。而原型模式就是这么简单的一个道理，通过现有的东西，再复制出一个来。

2.定义

• 原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

• 这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

• 主要解决：在运行期建立和删除原型。利用已有的一个原型对象，快速地生成和原型对象一样的实例。

3.适用场景

原型模式和建造者模式、工厂方法模式一样，都属于创建型模式的一种。简单的来说，我们使用原型模式，就是为了创建对象。但是，在以下场景下，使用原型模式是最好的选择：

• 当我们的对象类型不是开始就能确定的，而这个类型是在运行期确定的话，那么我们通过这个类型的对象克隆出一个新的对象比较容易一些；

• 有的时候，我们需要一个对象在某个状态下的副本，此时，我们使用原型模式是最好的选择；例如：一个对象，经过一段处理之后，其内部的状态发生了变化；这个时候，我们需要一个这个状态的副本，如果直接new一个新的对象的话，但是它的状态是不对的，此时，可以使用原型模式，将原来的对象拷贝一个出来，这个对象就和之前的对象是完全一致的了；

• 当我们处理一些比较简单的对象时，并且对象之间的区别很小，可能就几个属性不同而已，那么就可以使用原型模式来完成，省去了创建对象时的麻烦了；

• 有的时候，创建对象时，构造函数的参数很多，而自己又不完全的知道每个参数的意义，就可以使用原型模式来创建一个新的对象，不必去理会创建的过程。

所以，在上述的的情况下，在设计的时候，适当的考虑一下原型模式，减少对应的工作量，减少程序的复杂度，提高效率。

4.结构

• 由于克隆需要一个原型，而上面的类图中Prototype就这个原型，Prototype定义了克隆自身的Clone接口，由派生类进行实现，而实现原型模式的重点就在于这个Clone接口的实现。ConcretePrototype1类和ConcretePrototype2类继承自Prototype类，并实现Clone接口，实现克隆自身的操作；同时，在ConcretePrototype1类和ConcretePrototype2类中需要重写默认的拷贝构造函数，供Clone函数调用，Clone就是通过在内部调用重写的复制构造函数实现的。在后续的编码过程中，如果某个类需要实现Clone功能，就只需要继承Prototype类，然后重写自己的默认复制构造函数就好了。

5.代码分析

#include <iostream>
using namespace std;

//接口
class Prototype
{
public:
    Prototype(){}
    virtual ~Prototype(){}

    virtual Prototype * Clone() = 0;
};

//实现
class ConcretePrototype : public Prototype
{
public:
    ConcretePrototype() :m_counter(0){}
    virtual ~ConcretePrototype(){}

    //拷贝构造函数
    ConcretePrototype(const ConcretePrototype & rhs)
    {
        m_counter = rhs.m_counter;
    }

    //复制自身
    virtual ConcretePrototype * Clone()
    {
        //调用拷贝构造函数
        return new ConcretePrototype(*this);
    }

private:
    int m_counter;
};

int main()
{
    //生成对像
    ConcretePrototype * conProA = new ConcretePrototype();

    //复制自身
    ConcretePrototype * conProB = conProA->Clone();

    delete conProA;
    conProA = NULL;

    delete conProB;
    conProB = NULL;

    return 0;
}

• 上述代码实现了一个最简单的原型模式，但是已经将原型模式的基本实现原理展现出来了。而有的时候，当调用Clone获得了一个复制的对象以后，需要改变对象的状态，此时就可能需要在ConcretePrototype类中添加一个Initialize操作，专门用于初始化克隆对象。由于在Clone的内部调用的是复制构造函数，而此处又涉及到深复制和浅复制的问题。所以，在实际操作的过程中，这些问题，都需要进行仔细的考虑。

6.与其它创建型模式的比较

工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式和原型模式都是创建型模式。

• 工厂方法：模式适用于生产较复杂，一个工厂生产单一的一种产品的时候；

• 抽象工厂：模式适用于一个工厂生产多个相互依赖的产品；

• 建造者模式：着重于复杂对象的一步一步创建，组装产品的过程，并在创建的过程中，可以控制每一个简单对象的创建；

• 原型模式：则更强调的是从自身复制自己，创建一个和自己一模一样的对象。

7.总结

• 原型模式作为创建型模式中最特殊的一个模式，具体的创建过程，是由对象本身提供，这样我们在很多的场景下可以很方便的快速的构建新的对象。但是，原型模式的最大缺点是继承原型的子类都要实现Clone操作，这个是很困难的。例如，当所考虑的类已经存在时就难以新增Clone操作。当内部包括一些不支持拷贝或者有循环引用的对象时，实现克隆可能也会很困难。