GoF 23种经典的设计模式——原型模式

GoF 23种经典的设计模式——原型模式

原型模式(Prototype Pattern)是一种创建型设计模式,其主要思想是通过复制(克隆)现有对象来创建新的对象,而不是通过构造函数创建。这样可以避免重复创建相似对象时的性能损耗,同时也更灵活,可以动态地添加或删除对象。原型模式的性能优势主要来自于避免了重复的初始化和构造过程。在原型模式中,对象的克隆是通过复制已有对象的数据而不是重新构造对象,因此避免了重复的初始化和资源获取操作,提高了性能。

在原型模式中,有一个原型对象,它是被复制的对象。通过克隆原型对象,可以创建新的对象,并且可以通过改变克隆的属性来实现个性化定制。在使用原型模式时,通常会提供一个克隆方法,用于复制对象。

原型模式

原型模式在以下情况下特别有用,可以提高性能并提供更灵活的设计:

  1. 对象的创建成本较高: 如果创建一个对象的成本很高昂,例如需要进行复杂的计算、数据库操作或网络调用,那么使用原型模式就可以避免多次创建相似对象的开销。通过克隆现有对象,可以在不重新计算或请求数据的情况下获得新对象。
  2. 对象的创建频率很高: 当需要频繁创建对象时,原型模式可以减少对象创建的时间和资源开销。相比于通过构造函数创建新对象,直接克隆已有对象通常更加高效。
  3. 类的实例化需要大量的数据获取: 如果对象的初始化涉及到从数据库、文件或远程服务器获取大量数据,通过原型模式可以避免多次获取数据,而是通过克隆现有对象来创建新对象。
  4. 需要动态配置对象: 当对象的配置信息可能经常变化时,使用原型模式可以在运行时动态地配置对象。通过克隆现有对象并根据需要修改其中的属性,可以快速地创建新的对象配置。
  5. 对象的结构比较复杂: 在某些情况下,对象的创建涉及到多个步骤,可能需要复杂的初始化逻辑。通过克隆已有对象,可以避免重新执行这些复杂的初始化步骤,提高性能。

需要注意的是,虽然原型模式可以提高性能,但在一些情况下可能引入对象状态的共享,因此在设计时需要确保克隆的对象是独立的,不会相互影响。此外,如果原型对象包含引用类型的成员变量,需要特别注意深克隆,以防止共享引用类型对象的问题。

简单实现如下。有一个抽象基类 Prototype,它定义了 clone()print() 这两个虚函数。PrototypeClass 是具体的原型类,它继承了 Prototype 并实现了这两个虚函数。在 PrototypeClass 中,它实现了深拷贝构造函数和克隆接口。深拷贝构造函数用于创建一个新的对象并拷贝原始对象的数据,而克隆接口 clone() 则是通过调用深拷贝构造函数创建一个新的对象并返回。

#include <iostream>
#include <cstring>
class PrototypeClass;
class Prototype;

class Prototype
{
public:
    virtual Prototype *clone() = 0;
    virtual void print() = 0;
};

class PrototypeClass : public Prototype
{
private:
    char *str;

public:
    PrototypeClass(const char *str)
    {
        this->str = new char[strlen(str) + 1];
        strcpy(this->str, str);
    };
    PrototypeClass(PrototypeClass &pc)
    {
        // 深拷贝
        delete[] str;
        this->str = new char[strlen(pc.str) + 1];
        strcpy(this->str, pc.str);
    }
    Prototype *clone() override
    {
        // 克隆接口
        return new PrototypeClass(*this);
    }
    void print()
    {
        std::cout << str << std::endl;
    }
    ~PrototypeClass()
    {
        delete[] str;
    };
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    PrototypeClass *p1 = new PrototypeClass("Hello world!");
    p1->print();
    // 拷贝构造函数
    PrototypeClass *p2 = p1;
    p2->print();
    // 克隆接口
    Prototype *p3 = p1->clone();
    p3->print();
    return 0;
}
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能不能吃完饭再说
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