C++实现设计模式---原型模式 (Prototype)
原型模式 (Prototype)原型模式 是一种创建型设计模式，它通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过实例化。
意图
[*]利用原型实例指定要创建的对象类型，并通过复制该原型来天生新对象。
[*]提供一种高效创建对象的方式，尤其是当对象的创建成本较高时。
利用场景
[*]对象创建成本高：
[*]如果直接实例化对象开销较大（如对象初始化需要大量资源），可以通过克隆已存在的对象快速天生新实例。
[*]复杂对象需要重复创建：
[*]当对象的结构较复杂，需要创建多个相似对象时。
[*]制止直接依赖具体类：
[*]原型模式通过复制实例而不是直接依赖构造函数，可以减少对具体类的依赖。
到场者角色
[*]原型接口 (Prototype)
[*]界说一个克隆方法，用于复制对象。
[*]具体原型 (Concrete Prototype)
[*]实现原型接口，界说克隆方法，返回当前实例的复成品。
[*]客户端 (Client)
[*]利用原型接口创建新对象，而不直接依赖具体类。
示例代码
以下示例展示了如何利用原型模式创建几种不同类型的图形对象。
#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
// 原型接口
class Shape {
public:
virtual ~Shape() {}
virtual std::unique_ptr<Shape> clone() const = 0;
virtual void draw() const = 0;
};
// 具体原型：圆形
class Circle : public Shape {
private:
int radius;
public:
Circle(int r) : radius(r) {}
// 实现克隆方法
std::unique_ptr<Shape> clone() const override {
return std::make_unique<Circle>(*this);
}
void draw() const override {
std::cout << "Drawing a Circle with radius: " << radius << std::endl;
}
};
// 具体原型：矩形
class Rectangle : public Shape {
private:
int width, height;
public:
Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}
// 实现克隆方法
std::unique_ptr<Shape> clone() const override {
return std::make_unique<Rectangle>(*this);
}
void draw() const override {
std::cout << "Drawing a Rectangle with width: " << width
<< " and height: " << height << std::endl;
}
};
// 客户端代码
int main() {
// 创建具体原型
std::unique_ptr<Shape> circlePrototype = std::make_unique<Circle>(10);
std::unique_ptr<Shape> rectanglePrototype = std::make_unique<Rectangle>(20, 30);
// 克隆原型
auto circle1 = circlePrototype->clone();
auto circle2 = circlePrototype->clone();
auto rectangle1 = rectanglePrototype->clone();
// 使用克隆对象
circle1->draw(); // 输出：Drawing a Circle with radius: 10
circle2->draw(); // 输出：Drawing a Circle with radius: 10
rectangle1->draw(); // 输出：Drawing a Rectangle with width: 20 and height: 30
return 0;
}
代码解析
1. 原型接口
[*]界说了 clone() 方法，用于创建当前对象的副本：
virtual std::unique_ptr<Shape> clone() const = 0;
2. 具体原型类
[*]Circle 和 Rectangle 是具体原型类，分别实现了 clone() 方法，返回自身的副本：
std::unique_ptr<Shape> clone() const override {
return std::make_unique<Circle>(*this);
}
3. 客户端
[*]客户端通过调用 clone() 方法创建对象，而无需直接依赖具体类：
auto circle1 = circlePrototype->clone();
circle1->draw();
优缺点
长处
[*]对象复制高效：
[*]直接复制对象比重新实例化速度更快。
[*]减少依赖：
[*]客户端代码无需依赖具体类的构造函数。
[*]动态创建对象：
[*]可在运行时动态天生对象，而不是在编译时确定。
缺点
[*]深拷贝复杂性：
[*]如果对象中包罗指针或其他复杂资源，需特别留意深拷贝逻辑。
[*]实现复杂：
[*]需要为每个类实现 clone() 方法，增长了一定的代码量。
实用场景
[*]需要大量相似对象：如图形编辑器中需要重复创建雷同图形。
[*]对象初始化成本高：如大型游戏中加载模子、地图等资源。
[*]需要动态天生对象：如根据设置文件动态天生对象。
改进与扩展
[*] 深拷贝支持
[*]如果对象包罗动态内存或指针成员变量，需要实现深拷贝以制止资源共享题目。
[*] 结合原型注册表
[*]利用注册表保存全部原型实例，根据名称或类型动态克隆对象：
class PrototypeRegistry {
private:
std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<Shape>> prototypes;
public:
void registerPrototype(const std::string& name, std::unique_ptr<Shape> prototype) {
prototypes = std::move(prototype);
}
std::unique_ptr<Shape> create(const std::string& name) const {
return prototypes.at(name)->clone();
}
};
总结
原型模式通过复制已有对象来快速创建新对象，制止了复杂的初始化逻辑，并减少了对具体类的依赖。
它实用于需要动态天生大量相似对象或高效创建对象的场景。
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