C++設計模式之原型模式_C 語言

什麼是原型模式？

在GOF的《設計模式：可複用物件導向軟體的基礎》中是這樣說的：用原型執行個體指定建立對象的種類，並且通過拷貝這些原型建立新的對象。這這個定義中，最重要的一個詞是“拷貝”，也就是口頭上的複製，而這個拷貝，也就是原型模式的精髓所在。

舉一個最簡單的例子來說明原型模式：記得上小學的時候，老師把需要做的課外習題寫到黑板上，而下面的我們都要把這些題抄寫到自己的本子上，回家做好，第二天交上來，也就是每道題，全班50個人，每個人都要抄寫一遍。按照現在的時間理論來說，就是浪費了50個人的時間。但是，那個時候條件限制，老師也是不得已而為之。現在好了，老師做一份電子版的習題，列印一份，然後拿著這份列印的原版，就可以複製出50份。

結合原型模式的概念進行分析，老師列印出來的那一份，就是“原型”，而複製出來的那50份，就是使用的“拷貝”。而原型模式就是這麼簡單的一個道理，通過現有的東西，再複製出一個來。

為什麼要使用原型模式？

原型模式和建造者模式、Factory 方法模式一樣，都屬於建立型模式的一種。簡單的來說，我們使用原型模式，就是為了建立對象。但是，在以下情境下，使用原型模式是最好的選擇：

1.當我們的物件類型不是開始就能確定的，而這個類型是在運行期確定的話，那麼我們通過這個類型的對象複製出一個新的對象比較容易一些；

2.有的時候，我們需要一個對象在某個狀態下的副本，此時，我們使用原型模式是最好的選擇；例如：一個對象，經過一段處理之後，其內部的狀態發生了變化；這個時候，我們需要一個這個狀態的副本，如果直接new一個新的對象的話，但是它的狀態是不對的，此時，可以使用原型模式，將原來的對象拷貝一個出來，這個對象就和之前的對象是完全一致的了；

3.當我們處理一些比較簡單的對象時，並且對象之間的區別很小，可能就幾個屬性不同而已，那麼就可以使用原型模式來完成，省去了建立對象時的麻煩了；

4.有的時候，建立對象時，建構函式的參數很多，而自己又不完全的知道每個參數的意義，就可以使用原型模式來建立一個新的對象，不必去理會建立的過程，讓建立過程見鬼去吧。
所以，在上述的的情況下，在設計的時候，適當的考慮一下原型模式，減少對應的工作量，減少程式的複雜度，提高效率。

用UML類圖表示原型模式

由於複製需要一個原型，而上面的類圖中Prototype就這個原型，Prototype定義了複製自身的Clone介面，由衍生類別進行實現，而實現原型模式的重點就在於這個Clone介面的實現。ConcretePrototype1類和ConcretePrototype2類繼承自Prototype類，並實現Clone介面，實現複製自身的操作；同時，在ConcretePrototype1類和ConcretePrototype2類中需要重寫預設的複製建構函式，供Clone函數調用，Clone就是通過在內部調用重寫的複製建構函式實現的。在後續的編碼過程中，如果某個類需要實現Clone功能，就只需要繼承Prototype類，然後重寫自己的預設複製建構函式就好了。好比在C#中就提供了ICloneable介面，當某個類需要實現原型模式時，只需要實現這個介面的道理是一樣的。

代碼實現

複製代碼 代碼如下:

/*
** FileName     : PrototypePatternDemo
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/25
** Description  : More information, please go to http://www.jb51.net
*/
 
#include <iostream>
using namespace std;
 
//介面
class Prototype
{
public :
    Prototype(){}
    virtual ~Prototype(){}
 
    virtual Prototype * Clone() = 0;
};
 
//實現
class ConcretePrototype : public Prototype
{
public :
    ConcretePrototype():m_counter(0){}
    virtual ~ConcretePrototype(){}
 
    //拷貝建構函式
    ConcretePrototype( const ConcretePrototype & rhs)
    {
        m_counter = rhs .m_counter;
    }
 
    //複製自身
    virtual ConcretePrototype * Clone()
    {
        //調用拷貝建構函式
        return new ConcretePrototype (*this );
    }
 
private :
    int m_counter;
};
 
int main(int argc , char **argv)
{
    //產生對像
    ConcretePrototype * conProA = new ConcretePrototype ();
 
    //複製自身
    ConcretePrototype * conProB = conProA->Clone();
 
    delete conProA;
    conProA= NULL ;
 
    delete conProB;
    conProB= NULL ;
 
    return 0;
}

上述代碼實現了一個最簡單的原型模式，但是已經將原型模式的基本實現原理展現出來了。而有的時候，當調用Clone獲得了一個複製的對象以後，需要改變對象的狀態，此時就可能需要在ConcretePrototype類中添加一個Initialize操作，專門用於初始化複製對象。由於在Clone的內部調用的是複製建構函式，而此處又涉及到深複製和淺複製的問題。所以，在實際操作的過程中，這些問題，都需要進行仔細的考慮。

與其它建立型模式的比較

Factory 方法模式、抽象原廠模式、建造者模式和原型模式都是建立型模式。Factory 方法模式適用於生產較複雜，一個工廠生產單一的一種產品的時候；抽象原廠模式適用於一個工廠生產多個相互依賴的產品；建造者模式著重於複雜物件的一步一步建立，組裝產品的過程，並在建立的過程中，可以控制每一個簡單對象的建立；原型模式則更強調的是從自身複製自己，建立要給和自己一模一樣的對象。

總結

原型模式作為建立型模式中最特殊的一個模式，具體的建立過程，是由對象本身提供，這樣我們在很多的情境下可以很方便的快速的構建新的對象。但是，原型模式的最大缺點是繼承原型的子類都要實現Clone操作，這個是很困難的。例如，當所考慮的類已經存在時就難以新增Clone操作。當內部包括一些不支援拷貝或者有循環參考的對象時，實現複製可能也會很困難。說以說，每一種設計模式都有它的優點和缺點，在設計的時候，我們需要進行權衡各方面的因素，揚長避短。