设计模式：原型模式（C#、JAVA、JavaScript、C++、Python、Go、PHP）

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简介：

原型模式，它是一种创建型设计模式，它允许通过复制原型对象来创建新的对象，而无需知道创建的细节。其工作原理是将一个原型对象传递给要创建的对象，然后通过请求原型对象复制自己来实施创建。

在原型模式中，克隆方法所创建的对象是全新对象，它们在内存中拥有全新的地址，通常对克隆所产生的对象进行修改不会对原型对象造成任何影响，每个克隆对象都是相互独立的。通过不同的方式对克隆对象进行修改后，可以得到一系列相似但不完全相同的对象。

需要注意的是，对原型对象的浅拷贝，对于数据类型是基本数据类型的成员变量，会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象；对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值。

原型模式的使用场景：
1、类初始化需要消化非常多的资源，包括数据、硬件资源等。通过原型拷贝可以避免这些消耗。
2、通过使用new关键字创建一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限。
3、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能需要修改其值。在这种情况下，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。

在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。

原型模式的创建步骤：
1、定义抽象原型类：抽象原型类是定义具有克隆自己的方法的接口，是所有具体原型类的公共父类。
2、定义具体原型类：具体原型类实现抽象原型类中的克隆方法，返回自己的一个克隆对象。
3、定义客户类：客户类让一个原型克隆自身，从而创建一个新的对象。在客户类中只需要直接实例化或通过工厂方法等创建一个对象，再通过调用该对象的克隆方法复制得到多个相同的对象。

原型模式通过复制原型对象来创建新对象，减少了创建新对象时所消耗的时间和资源。同时，由于复制的是原型对象，因此不会影响原对象的状态。

原型模式的优点，主要包括：
1、简化创建过程：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，增加或减少产品类对原有系统都没有任何影响。
3、提供简化的创建结构：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、支持深拷贝：原型模式可以使用深克隆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，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（如恢复到某一历史状态），可辅助实现撤销操作。

总的来说，原型模式可以大大提高创建对象的效率，同时还能保证系统的扩展性和灵活性。

原型模式的缺点，主要包括：
1、在实现深拷贝时可能需要比较复杂的代码，需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，不一定是件容易的事，必须修改其源代码，违背了“开闭原则”。

示例：

一、C#原型模式

以下是一个示例，展示了如何在C#中实现原型模式：

using System;  namespace PrototypePatternExample  
{  // 抽象原型类  public abstract class Prototype  {  public abstract Prototype Clone();  }  // 具体原型类  public class ConcretePrototype : Prototype  {  private string _property;  public ConcretePrototype(string property)  {  _property = property;  }  public override Prototype Clone()  {  // 使用深拷贝复制对象  ConcretePrototype clone = (ConcretePrototype)MemberwiseClone(this);  return clone;  }  public void Display()  {  Console.WriteLine("Property: " + _property);  }  }  class Program  {  static void Main(string[] args)  {  // 创建原型对象  ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype("Hello World");  // 克隆原型对象  ConcretePrototype clonePrototype = (ConcretePrototype)prototype.Clone();  // 显示原型对象和克隆对象的属性值是否相同  prototype.Display();  clonePrototype.Display();  Console.ReadLine();  }  }  
}

二、java原型模式

原型模式通常通过以下方式实现：

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;    abstract class Shape {  private String name;  public Shape(String name) {  this.name = name;  }  public String getName() {  return name;  }  public abstract void draw();  // 实现克隆方法  public Shape clone() {  try {  return (Shape) this.getClass().newInstance();  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  return null;  }  }  
}  class Circle extends Shape {  private int radius;  public Circle(String name, int radius) {  super(name);  this.radius = radius;  }  @Override  public void draw() {  System.out.println("Drawing Circle");  }  
}  class Rectangle extends Shape {  private int width;  private int height;  public Rectangle(String name, int width, int height) {  super(name);  this.width = width;  this.height = height;  }  @Override  public void draw() {  System.out.println("Drawing Rectangle");  }  
}public class PrototypePatternDemo {  public static void main(String[] args) {  List<Shape> shapeList = new ArrayList<>();  shapeList.add(new Circle("Circle 1", 5));  shapeList.add(new Rectangle("Rectangle 1", 5, 10));  shapeList.add(new Circle("Circle 2", 10));  shapeList.add(new Rectangle("Rectangle 2", 10, 20));  // 使用原型模式创建对象，节省创建对象的时间  for (Shape shape : shapeList) {  Shape cloneShape = shape.clone();  System.out.println("Original Shape: " + shape.getName());  System.out.println("Clone Shape: " + cloneShape.getName());  }  }  
}  

三、javascript原型模式

在JavaScript中，实现原型模式的关键是使用构造函数和原型对象。
下面是一个简单的JavaScript原型模式示例：

// 定义原型对象  
var CarProto = {  color: "blue",  speed: 0,  start: function() {  console.log("Car started");  },  stop: function() {  console.log("Car stopped");  }  
};  // 定义构造函数  
function Car(color) {  this.color = color;  this.speed = 0;  // 将构造函数prototype属性指向原型对象  this.prototype = CarProto;  
}  // 定义子类  
function SportCar() {  // 调用父类构造函数  Car.call(this, "red");  // 重写父类方法  this.start = function() {  console.log("SportCar started");  };  
}  // 设置原型对象，让SportCar继承CarProto  
SportCar.prototype = CarProto;

在这个示例中，我们定义了一个CarProto原型对象，它包含了汽车的属性和方法。然后我们定义了一个Car构造函数，它接受颜色参数，并设置速度属性为0，并将它的prototype属性指向CarProto。这样，当我们创建一个新的汽车对象时，它就会继承CarProto的属性和方法。

然后我们定义了一个SportCar子类，它调用父类构造函数，并重写了父类的start方法。最后我们将SportCar.prototype设置为CarProto，这样SportCar就可以继承CarProto的属性和方法了。现在我们可以使用new关键字来创建SportCar对象了。

四、C++原型模式

以下是在C++中实现原型模式：

#include <iostream>  
#include <string>  
#include <map>  using namespace std;  // 定义原型接口  
class Prototype {  
public:  virtual Prototype* clone() = 0;  virtual void display() = 0;  
};  // 具体原型类  
class ConcretePrototype : public Prototype {  
private:  string name;  
public:  ConcretePrototype(string n) : name(n) {}  void setName(string n) { name = n; }  string getName() { return name; }  // 实现克隆方法  Prototype* clone() { return new ConcretePrototype(*this); }  // 实现显示方法  void display() { cout << "ConcretePrototype " << name << endl; }  
};  // 工厂类  
class PrototypeFactory {  
private:  map<string, Prototype*> prototypes; // 存储原型对象的映射表  
public:  PrototypeFactory() {}  Prototype* create(string type) { // 创建原型对象  if (prototypes.find(type) == prototypes.end()) { // 如果该类型的原型对象不存在，则创建并存储在映射表中  prototypes[type] = new ConcretePrototype(type);  }  return prototypes[type]->clone(); // 返回克隆后的对象  }  
};  int main() {  PrototypeFactory factory;  Prototype* p1 = factory.create("prototype1"); // 创建原型对象1的克隆对象1  p1->display(); // 显示原型对象1的名称，输出 "ConcretePrototype prototype1"  Prototype* p2 = factory.create("prototype1"); // 创建原型对象1的克隆对象2  p2->setName("prototype2"); // 设置克隆对象2的名称，不影响原型对象1的名称  p2->display(); // 显示原型对象1的名称，输出 "ConcretePrototype prototype1"，因为克隆对象2的名称没有修改成功，仍然是原型对象1的名称  delete p1; // 释放内存空间，因为p1和p2都是通过克隆得到的，所以应该释放内存空间，避免内存泄漏问题。  delete p2; // 释放内存空间，因为p1和p2都是通过克隆得到的，所以应该释放内存空间，避免内存泄漏问题。  return 0;  
}

五、python原型模式

以下是在python中实现原型模式：

import copy  # 定义原型类  
class Prototype:  def __init__(self, name):  self.name = name  def clone(self):  return copy.deepcopy(self)  # 定义具体原型类  
class ConcretePrototype(Prototype):  def __init__(self, name):  super().__init__(name)  self.data = []  def add_data(self, data):  self.data.append(data)  def clone(self):  return ConcretePrototype(self.name)  # 测试代码  
if __name__ == '__main__':  # 创建原型对象  prototype1 = ConcretePrototype("prototype1")  prototype1.add_data(1)  prototype1.add_data(2)  print("Prototype 1 data:", prototype1.data)  # 克隆原型对象  clone1 = prototype1.clone()  clone1.add_data(3)  print("Clone 1 data:", clone1.data) # [1, 2, 3]  print("Prototype 1 data:", prototype1.data) # [1, 2]  # 克隆克隆对象，避免修改原对象的影响  clone2 = clone1.clone()  clone2.add_data(4)  print("Clone 2 data:", clone2.data) # [1, 2, 4]  print("Prototype 1 data:", prototype1.data) # [1, 2]

六、go原型模式

以下是一个示例，展示了如何在go中实现原型模式：

package main  import (  "fmt"  
)  // 原型接口  
type Prototype interface {  Clone() Prototype  
}  // 具体原型类  
type ConcretePrototype struct {  Name string  
}  // 克隆方法实现原型接口  
func (p *ConcretePrototype) Clone() Prototype {  return &ConcretePrototype{Name: p.Name}  
}  func main() {  // 创建原型对象  prototype1 := &ConcretePrototype{Name: "Prototype1"}  // 克隆原型对象  clone1 := prototype1.Clone()  fmt.Println("Clone 1 Name:", clone1.(*ConcretePrototype).Name) // 输出：Clone 1 Name: Prototype1  // 修改原型对象  prototype1.Name = "Prototype2"  fmt.Println("Prototype 1 Name:", prototype1.(*ConcretePrototype).Name) // 输出：Prototype 1 Name: Prototype2  // 克隆克隆对象，避免修改原对象的影响  clone2 := clone1.Clone()  fmt.Println("Clone 2 Name:", clone2.(*ConcretePrototype).Name) // 输出：Clone 2 Name: Prototype1  
}

七、PHP原型模式

以下是一个示例，展示了如何在PHP中实现原型模式：

<?php  class Prototype implements Cloneable {  private $name;  public function __construct($name) {  $this->name = $name;  }  public function getName() {  return $this->name;  }  public function setName($name) {  $this->name = $name;  }  public function clone() {  return clone $this;  }  
}  // 创建原型对象  
$prototype = new Prototype("Original");  
echo "Prototype Name: " . $prototype->getName() . "\n";  // 克隆原型对象  
$clone = $prototype->clone();  
echo "Clone Name: " . $clone->getName() . "\n";  // 修改原型对象的属性  
$prototype->setName("Modified");  
echo "Prototype Name after modification: " . $prototype->getName() . "\n";  // 克隆克隆对象，避免修改原对象的影响  
$clone2 = $clone->clone();  
echo "Clone 2 Name: " . $clone2->getName() . "\n";

《完结》

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