一、說明

原型模式是一種創建型設計模式， 用于創建重復的對象，同時又能保證性能。

使一個原型實例指定了要創建的對象的種類，并且通過拷貝這個原型來創建新的對象。

(一) 解決問題

主要解決了對象的創建與復制過程中的性能問題。主要針對：復雜對象和相識對象的創建

在某些情況下，直接使用new關鍵字或者其他方式創建對象可能會導致性能損耗較大，特別是當對象的創建過程比較復雜或者耗時時。

(二) 使用場景

• 類初始化時需要消耗大量資源，如數據、硬件資源等。通過原型拷貝可以避免這些消耗，提高資源利用率。
• 創建對象時需要繁瑣的數據準備或訪問權限。原型模式可以簡化對象的創建過程，提高性能。
• 一個對象需要提供給其他對象訪問，并且各個調用者可能需要修改其值。通過保護性拷貝，可以創建多個對象供調用者使用，同時保持原對象的狀態不變。

二、結構

1. 原型（Prototype）：接口將對克隆方法進行聲明。在絕大多數情況下，其中只會有一個名為clone克隆的方法。
2. 具體原型（Concrete Prototype）：類將實現克隆方法。除了將原始對象的數據復制到克隆體中之外，該方法有時還需處理克隆過程中的極端情況，例如克隆關聯對象和梳理遞歸依賴等等。
3. 客戶端（Client）：可以復制實現了原型接口的任何對象。

三、偽代碼

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-
__doc__ = """
原型模式
用原型實例指定創建對象的種類，并且通過拷貝這些原型創建新的對象。例：通過原型實例克隆多個人的對象，并更新其屬性
"""import copyclass Prototype:def __init__(self):self._objs = {}def register_object(self, key, obj):self._objs[key] = objdef unregister_object(self, key):del self._objs[key]def clone(self, key, **attrs):obj = copy.deepcopy(self._objs[key])obj.__dict__.update(attrs)return objclass People:def __init__(self, name: str, age: int):self.name = nameself.age = agedef __str__(self):return f"{self.__dict__}"if __name__ == '__main__':"""Original: {'name': '張三', 'age': 20}Clone: {'name': '李四', 'age': 24}"""# 創建原型對象prototype = Prototype()# 創建一個 People 實例并注冊為原型對象people = People(name="張三", age=20)prototype.register_object("people", people)# 克隆一個 People 實例people_clone = prototype.clone("people", name="李四", age=24)# 輸出原型對象和克隆對象print("Original:", people)print("Clone:", people_clone)

四、優缺點

優點

• 性能提升：通過復用已有對象，避免了重復的對象創建和初始化過程，從而提高了性能。
• 簡化創建過程：客戶端代碼無需知道對象創建的細節，只需要調用克隆方法即可。

缺點

• 復雜度增加：需要實現克隆方法
• 深拷貝和淺拷貝問題：在實現克隆方法時，需要考慮深拷貝和淺拷貝的問題。淺拷貝只復制對象本身和其中的基本數據類型，而深拷貝會復制對象及其引用的所有對象。如果處理不當，可能會導致對象之間的意外關聯或修改。

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