4-Python與設計模式–原型模式

一、圖層

大家如果用過類似于Photoshop的平面設計軟件，一定都知道圖層的概念。圖層概念的提出，
使得設計、圖形修改等操作更加便利。設計師既可以修改和繪制當前圖像對象，又可以保留其它
圖像對象，邏輯清晰，且可以及時得到反饋。本節內容，將以圖層為主角，介紹原型模式。

首先，設計一個圖層對象。

class simpleLayer:background=[0,0,0,0]content="blank"def getContent(self):return self.contentdef getBackgroud(self):return self.backgrounddef paint(self,painting):self.content=paintingdef setParent(self,p):self.background[3]=pdef fillBackground(self,back):self.background=back

在實際的實現中，圖層實現會很復雜，這里僅介紹相關的設計模式，做了比較大的抽象，用
background表示背景的RGBA，簡單用content表示內容，除了直接繪畫，還可以設置透明度。

新建圖層，填充藍底并畫一只狗，可以簡單表示如下：

if  __name__=="__main__":dog_layer=simpleLayer()dog_layer.paint("Dog")dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])print "Background:",dog_layer.getBackgroud()print "Painting:",dog_layer.getContent()

打印如下： Background: [0, 0, 255, 0] Painting: Dog

接下來，如果需要再生成一個同樣的圖層，再填充同樣的顏色，再畫一只同樣狗，該如何做呢？
還是按照新建圖層、填充背景、畫的順序么？或許你已經發現了，這里可以用復制的方法來實現，
而復制（clone）這個動作，就是原型模式的精髓了。

按照此思路，在圖層類中新加入兩個方法：clone和deep_clone

from copy import copy, deepcopy
class simpleLayer:background=[0,0,0,0]content="blank"def getContent(self):return self.contentdef getBackgroud(self):return self.backgrounddef paint(self,painting):self.content=paintingdef setParent(self,p):self.background[3]=pdef fillBackground(self,back):self.background=backdef clone(self):return copy(self)def deep_clone(self):return deepcopy(self)
if  __name__=="__main__":dog_layer=simpleLayer()dog_layer.paint("Dog")dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])print "Background:",dog_layer.getBackgroud()print "Painting:",dog_layer.getContent()another_dog_layer=dog_layer.clone()print "Background:", another_dog_layer.getBackgroud()print "Painting:", another_dog_layer.getContent()

打印結果如下： Background: [0, 0, 255, 0] Painting: Dog Background: [0, 0,
255, 0] Painting: Dog

clone和deep_clone有什么區別呢？

大多數編程語言中，都會涉及到深拷貝和淺拷貝的問題，一般來說，淺拷貝會拷貝對象內容及其內容的引用或者
子對象的引用，但不會拷貝引用的內容和子對象本身；而深拷貝不僅拷貝了對象和內容的引用，也會拷貝引用的
內容。所以，一般深拷貝比淺拷貝復制得更加完全，但也更占資源（包括時間和空間資源）。舉個例子，
下面的場景，可以說明深拷貝和淺拷貝的區別。

if  __name__=="__main__":dog_layer=simpleLayer()dog_layer.paint("Dog")dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])print "Original Background:",dog_layer.getBackgroud()print "Original Painting:",dog_layer.getContent()another_dog_layer=dog_layer.clone()another_dog_layer.setParent(128)another_dog_layer.paint("Puppy")print "Original Background:", dog_layer.getBackgroud()print "Original Painting:", dog_layer.getContent()print "Copy Background:", another_dog_layer.getBackgroud()print "Copy Painting:", another_dog_layer.getContent()

打印如下：

Original Background: [0, 0, 255, 0] Original Painting: Dog Original
Background: [0, 0, 255, 128] Original Painting: Dog Copy Background:
[0, 0, 255, 128] Copy Painting: Puppy

淺拷貝后，直接對拷貝后引用（這里的數組）進行操作，原始對象中該引用的內容也會變動。如果將another_dog_layer=dog_layer.clone()換成another_dog_layer=dog_layer.deep_clone()，即把淺拷貝換成深拷貝，其如果如下：

Original Background: [0, 0, 255, 0] Original Painting: Dog Original
Background: [0, 0, 255, 0] Original Painting: Dog Copy Background: [0,
0, 255, 128] Copy Painting: Puppy

深拷貝后，其對象內的引用內容也被進行了復制。

二、原型模式

原型模式定義如下：用原型實例指定創建對象的種類，并且通過復制這些原型創建新的對象。
需要注意一點的是，進行clone操作后，新對象的構造函數沒有被二次執行，
新對象的內容是從內存里直接拷貝的。

三、原型模式的優點和使用場景

3.1 優點：

1、性能極佳，直接拷貝比在內存里直接新建實例節省不少的資源；
2、簡化對象創建，同時避免了構造函數的約束，不受構造函數的限制直接復制對象，
是優點，也有隱患，這一點還是需要多留意一些。

3.2 使用場景：

1、對象在修改過后，需要復制多份的場景。如本例和其它一些涉及到復制、粘貼的場景；
2、需要優化資源的情況。如，需要在內存中創建非常多的實例，可以通過原型模式來減少資源
消耗。此時，原型模式與工廠模式配合起來，不管在邏輯上還是結構上，都會達到不錯的效果；
3、某些重復性的復雜工作不需要多次進行。如對于一個設備的訪問權限，多個對象不用各申請一遍
權限，由一個設備申請后，通過原型模式將權限交給可信賴的對象，既可以提升效率，
又可以節約資源。

四、原型模式的缺點

1、深拷貝和淺拷貝的使用需要事先考慮周到；
2、某些編程語言中，拷貝會影響到靜態變量和靜態函數的使用。