03_23 种设计模式之《原型模式》

一、原型模式基础知识

原型模式是一种创建型设计模式，其功能为复制一个运行时的对象，包括对象各个成员当前的值。而代码又能保持独立性。用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
主要解决：在运行期建立和删除原型。
优点：性能提高、避免构造函数的约束。

原型模式的结构

原型接口（Prototype Interface）：通常包含一个克隆自己的方法。
具体原型类（Concrete Prototype）：实现原型接口，提供克隆自身的具体实现。
客户端（Client）：让一个原型克隆自身，并对克隆体进行修改。

应用场景

原型模式适用于以下情况：
创建新对象成本较大：如果创建对象的过程非常复杂或者资源消耗较大，使用原型模式可以避免这些开销。
需要保留对象的历史状态：原型模式可以很容易地复制对象的状态，适用于需要回溯对象状态的场景。
当系统需要避免创建多个相同对象时：如果系统频繁创建相同或相似的对象，使用原型模式可以提高效率。

实例

#include <iostream>
using namespace std;class ProtoType {  // 凡是含有纯虚函数的类叫做抽象类
public:ProtoType(){}~ProtoType() {}virtual ProtoType* CloneFunc() = 0;  // 纯虚函数
};class ConreteProtoType:public ProtoType
{
public:ConreteProtoType(int imember):_member(imember) {cout << "执行ConreteProtoType带参构造函数.\n" << endl;}~ConreteProtoType() {cout << "执行ConreteProtoType析构函数." << endl;}// 拷贝构造函数（若有指针成员变量，要进行实现深拷贝）ConreteProtoType(const ConreteProtoType& rhs) {_member = rhs._member;cout << "数据成员_member1：" << _member << endl;}ConreteProtoType* CloneFunc() { // 派生类实现cout << "正在处理克隆." << endl;cout << "数据成员_member2：" << _member << endl;return new ConreteProtoType(*this);}private:int _member;};int main()
{cout << "main()函数-->原型模式开始.\n" << endl;ConreteProtoType* CloneObjA = new ConreteProtoType(88);ConreteProtoType* CloneObjB = CloneObjA->CloneFunc();cout << endl;delete CloneObjA;CloneObjA = nullptr;delete CloneObjB;CloneObjB = nullptr;return 0;
}

main函数-->原型模式开始
ConcretePrototype带参构造函数
正处理克隆
数据成员_member2：88
数据成员_member1：88
ConcretePrototype析构函数
ConcretePrototype析构函数
main函数-->原型模式结束

拷贝构造函数被调用场景如下：

1、用已知对象初始化一个正在被创建的对象，调用拷贝构造函数；
2、函数形式参数为对象的时候，实参对象向形参对象传递，调用
拷贝构造函数。
3、函数的返回值为对象的时候，当需要获取返回值时，调用拷贝
构造函数

典型的应用场景：

1. 报表生成：在报表系统中，用户可以创建并保存各种报表模板，当需要生成报表时，可以直接克隆这些模板，而不需要重新设置复杂的配置信息。

2. 游戏角色复制：在游戏开发中，可以通过原型模式复制角色，快速生成大量相似的游戏对象，如士兵、怪物等。

3. 复杂对象的快速创建：当对象的创建过程非常复杂或者耗时较长时，可以通过原型模式复制已有对象来避免重复的创建过程，如从数据库加载大量数据的对象。

4. 对象的深克隆：在需要对象副本并且希望副本与原对象完全独立时，可以使用原型模式进行深克隆，这在对象包含复杂引用结构时非常有用。

5. 原型注册表：在某些系统中，可以维护一个原型注册表，里面存储了各种类型的原型对象。当需要创建对象时，直接从注册表中克隆原型对象，这样可以提高对象创建的效率。

6. 配置对象的复制：在配置管理系统中，可以通过原型模式复制配置对象，快速生成新的配置实例，而不需要重新解析配置文件。

7. 设计模式的动态加载：在需要动态加载设计模式对象的情况下，可以使用原型模式来创建对象，这样可以避免直接实例化类，提高系统的灵活性和可扩展性。

8. 用户界面克隆：在用户界面设计中，可以通过原型模式复制界面元素，如按钮、菜单等，这样可以快速创建多个相似的界面元素。

9. 数据备份：在需要备份大量数据时，可以使用原型模式创建数据的副本，这样可以避免数据的重复输入，提高数据备份的效率。

10. 实验和模拟：在科学计算和工程设计中，原型模式可以用来复制实验设置或模拟环境，以便进行多次独立的实验或模拟。

通过使用原型模式，可以提高对象创建的效率，减少系统的资源消耗，并提高代码的可维护性和可扩展性。