Prototype 原型模式

動機 Motivation

• 在軟件系統中，經常面臨著“某些結構復雜的對象”的創建工作；由于需求的變化，這些對象經常面臨著劇烈的變化，但是它們卻擁有比較穩定一致的接口。
• 如何應對這種變化？如何向“客戶程序（使用這些對象的程序）”隔離出“這些易變對象”，從而使得“依賴這些易變對象的客戶程序”不隨著需求改變而改變？

引例

• 前文中分割器的例子，使用工廠方法模式是一種方式，下面介紹使用原型模式的方式。

// 抽象類
class ISplitter
{
public:virtual void split() = 0;virtual ISplitter* Clone() = 0;          // 通過克隆自己來創建對象virtual ~ISplitter() {}
};// 具體類 - 二進制分割器
class BinarySplitter : public ISplitter
{
private:std::string* binaryData;  // 假設有需要深拷貝的指針成員int dataSize;public:BinarySplitter() : binaryData(nullptr), dataSize(0) {}// 深拷貝構造函數BinarySplitter(const BinarySplitter& other) : dataSize(other.dataSize){if (other.binaryData != nullptr) {binaryData = new std::string(*other.binaryData);} else {binaryData = nullptr;}}~BinarySplitter() {delete binaryData;}void setData(const std::string& data) {if (binaryData == nullptr) {binaryData = new std::string(data);} else {*binaryData = data;}}virtual void split() override {std::cout << "Splitting binary data: " << (binaryData ? *binaryData : "") << std::endl;}virtual ISplitter* Clone() override {return new BinarySplitter(*this);  // 調用拷貝構造函數進行深拷貝}
};// 具體類 - 圖片分割器
class PictureSplitter : public ISplitter
{
private:std::string* imageData;  // 假設有需要深拷貝的指針成員int width, height;public:PictureSplitter() : imageData(nullptr), width(0), height(0) {}// 深拷貝構造函數PictureSplitter(const PictureSplitter& other) : width(other.width), height(other.height){if (other.imageData != nullptr) {imageData = new std::string(*other.imageData);} else {imageData = nullptr;}}~PictureSplitter() {delete imageData;}void setImage(const std::string& data, int w, int h) {if (imageData == nullptr) {imageData = new std::string(data);} else {*imageData = data;}width = w;height = h;}virtual void split() override {std::cout << "Splitting picture (" << width << "x" << height << "): " << (imageData ? imageData->substr(0, 10) + "..." : "") << std::endl;}virtual ISplitter* Clone() override {return new PictureSplitter(*this);  // 調用拷貝構造函數進行深拷貝}
};// 具體類 - 視頻分割器
class VideoSplitter : public ISplitter
{
private:std::string* videoData;  // 假設有需要深拷貝的指針成員double duration;public:VideoSplitter() : videoData(nullptr), duration(0) {}// 深拷貝構造函數VideoSplitter(const VideoSplitter& other) : duration(other.duration){if (other.videoData != nullptr) {videoData = new std::string(*other.videoData);} else {videoData = nullptr;}}~VideoSplitter() {delete videoData;}void setVideo(const std::string& data, double dur) {if (videoData == nullptr) {videoData = new std::string(data);} else {*videoData = data;}duration = dur;}virtual void split() override {std::cout << "Splitting video (" << duration << "s): " << (videoData ? videoData->substr(0, 10) + "..." : "") << std::endl;}virtual ISplitter* Clone() override {return new VideoSplitter(*this);  // 調用拷貝構造函數進行深拷貝}
};// MainForm
class MainForm
{ISplitter* prototype;public:MainForm(ISplitter* prototype)          // 通常由外部傳入{this->prototype = prototype;}~MainForm() {delete prototype;}void Button1_Click(){ISplitter* splitter = prototype->Clone();     // 克隆原型    splitter->split();delete splitter;}
};int main() 
{// 創建原型對象BinarySplitter* binaryProto = new BinarySplitter();binaryProto->setData("Sample binary data");// 使用原型MainForm form1(binaryProto);form1.Button1_Click();// 另一個例子PictureSplitter* pictureProto = new PictureSplitter();pictureProto->setImage("Very long picture data...", 1920, 1080);MainForm form2(pictureProto);form2.Button1_Click();return 0;
}

模式定義

使用原型實例指定創建對象的種類，然后通過拷貝這些原型來創建新的對象。

結構 Structure

前文代碼中的ISplitter對應圖中的Prototype；BinarySplitter對應ConcretePrototype1，VideoSplitter對應ConcretePrototype2；MainForm對應Client

要點總結

• Prototype原型模式同樣用于隔離類對象的使用者和具體類型（易變類）之間的耦合關系，它同樣要求這些“易變類”擁有“穩定的接口”。
• 原型模式對于“如何創建易變類的實體對象”采用“原型克隆”的方法來做，它使得我們可以非常靈活地動態創建“擁有某些穩定接口”的新對象——所需工作僅僅是注冊一個新類的對象（即原型）,然后在任何需要的地方Clone。
• 原型模式中的Clone方法可以利用某些框架中的序列化來實現深拷貝。

來源：極客班——C++設計模式入門