设计模式Python版 原型模式

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前言

GOF设计模式分三大类：

• 创建型模式：关注对象的创建过程，包括单例模式、简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、原型模式和建造者模式。
• 结构型模式：关注类和对象之间的组合，包括适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式和代理模式。
• 行为型模式：关注对象之间的交互，包括职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式和访问者模式。

一、原型模式

原型模式（Prototype Pattern）

• 定义：使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过克隆这些原型创建新的对象。
• 解决问题：如何通过克隆来得到一个一模一样的对象？（通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址。）
• 使用场景：
  • 创建新对象成本较大
  • 系统要保存对象的状态
  • 在运行时动态地创建和定制对象
• 组成：
  • 原型接口（Prototype）：声明克隆自身的接口。
  • 具体原型（ConcretePrototype）：实现原型接口，提供克隆自身的操作。
  • 客户端（Client）：让一个原型克隆自身，从而创建一个新的对象。
• 优点：
  • 当创建新的对象实例较为复杂时，使用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
  • 可以使用深克隆的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，以便在需要的时候使用，例如恢复到某一历史状态，可辅助实现撤销操作
• 缺点：
  • 注意深克隆与浅克隆的区别和使用场景

二、原型模式示例

使用原型模式快速创建工作周报

import copyclass Prototype:"""原型接口"""def clone(self):# 这里用深拷贝，这意味着对象及其所有引用的对象都将被复制# 若不希望复制对象内部的引用类型，copy.copy()来执行浅拷贝return copy.deepcopy(self)class WeeklyLog(Prototype):"""具体原型"""def __init__(self, name=None, date=None, content=None):self.name = nameself.date = dateself.content = content

客户端代码

def display_log(log: WeeklyLog):print("###周报###")print(f"姓名：{log.name}")print(f"周次：{log.date}")print(f"内容：{log.content}")print("#" * 10, "\n")log_lastweek = WeeklyLog("张三", "第12周", "这周工作很忙，每天加班！")
log_thisweek = log_lastweek.clone()
log_thisweek.date = "第13周"
display_log(log_lastweek)
display_log(log_thisweek)
print(log_lastweek is log_thisweek)  # 输出 False，表示是不同的对象

输出结果

###周报###
姓名：张三
周次：第12周
内容：这周工作很忙，每天加班！
#############周报###
姓名：张三
周次：第13周
内容：这周工作很忙，每天加班！
##########False

三、原型管理器

• 原型管理器（Prototype Manager）是将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂
• 原型管理器采用单例模式，能节省系统资源，也能更好地管理。定义一个集合存储原型对象，需要某个原型对象的一个克隆，调用相应对象的克隆方法来获得。

import copy"""原型接口"""class OfficialDocument:def clone(self):return copy.deepcopy(self)def display(self):raise NotImplementedError"""具体原型"""class FAR(OfficialDocument):def display(self):print("《可行性分析报告》")class SRS(OfficialDocument):def display(self):print("《软件需求规格说明书》")"""原型管理器（使用模块单例模式）"""class PrototypeManager:def __init__(self):self.official_docs: dict[str, OfficialDocument] = {}self.add_official_docs()def add_official_docs(self):self.official_docs["far"] = FAR()self.official_docs["srs"] = SRS()def get_official_doc(self, key: str) -> OfficialDocument:official_doc = self.official_docs.get(key, None)if official_doc:return official_doc.clone()prototype_manager = PrototypeManager()

• 客户端代码

from prototypes import prototype_managerdoc1 = prototype_manager.get_official_doc("far")
doc2 = prototype_manager.get_official_doc("far")
doc1.display()
doc2.display()
print(doc1 is doc2)doc3 = prototype_manager.get_official_doc("srs")
doc4 = prototype_manager.get_official_doc("srs")
doc3.display()
doc4.display()
print(doc3 is doc4)

• 输出结果

《可行性分析报告》
《可行性分析报告》    
False
《软件需求规格说明书》
《软件需求规格说明书》
False

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