02 C++ 设计模式之原型（Prototype）模式

原型模式的定义

用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。

原型模式的优缺点

原型模式的优点

• 你可以克隆对象，而无需与它们所属的具体类相耦合。
• 你可以克隆预生成原型，避免反复运行初始化代码。
• 你可以更方便地生成复杂对象。
• 你可以用继承以外的方式来处理复杂对象的不同配置

原型模式的缺点

• 需要为每一个类都配置一个 clone 方法
• clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
• 当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

原型模式的应用场景

• 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
• 创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
• 创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
• 系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

原型模式的实现

Prototype.h:

#ifndef PROTOTYPE_H_
#define PROTOTYPE_H_

// 抽象原型类
class Object {
 public:
    virtual Object* clone() = 0;
};
#endif  // PROTOTYPE_H_

ConcretePrototype.h:

#ifndef CONCRETE_PROTOTYPE_H_
#define CONCRETE_PROTOTYPE_H_

#include <iostream>
#include <string>
#include "Prototype.h"


// 邮件的附件
class Attachment {
 public:
    void set_content(std::string content) {
        content_ = content;
    }
    std::string get_content() {
        return content_;
    }

 private:
    std::string content_;
};

// 具体原型: 邮件类
class Email : public Object {
 public:
    Email() {}
    Email(std::string text, std::string attachment_content) : text_(text), attachment_(new Attachment()) {
        attachment_->set_content(attachment_content);
    }
    ~Email() {
        if (attachment_ != nullptr) {
            delete attachment_;
            attachment_ = nullptr;
        }
    }

    void display() {
        std::cout << "------------查看邮件------------" << std::endl;
        std::cout << "正文: " << text_ << std::endl;
        std::cout << "邮件: " << attachment_->get_content() << std::endl;
        std::cout << "------------查看完毕------------" << std::endl;
    }

    // 深拷贝
    Email* clone() override {
        return new Email(this->text_, this->attachment_->get_content());
    }

    void changeText(std::string new_text) {
        text_ = new_text;
    }

    void changeAttachment(std::string content) {
        attachment_->set_content(content);
    }

 private:
    std::string text_;
    Attachment *attachment_ = nullptr;
};
#endif  // CONCRETE_PROTOTYPE_H_

main.cpp:

#include "ConcretePrototype.h"

#include <cstdio>

int main()
{
    system("chcp 65001");
    Email *email = new Email("最初的文案", "最初的附件");
    Email *copy_email = email->clone();
    copy_email->changeText("新文案");
    copy_email->changeAttachment("新附件");
    std::cout << "original email:" << std::endl;
    email->display();
    std::cout << "copy email:" << std::endl;
    copy_email->display();
    system("pause");

    delete email;
    delete copy_email;
}

输出：

Active code page: 65001
original email:
------------查看邮件------------
正文: 最初的文案
邮件: 最初的附件
------------查看完毕------------
copy email:
------------查看邮件------------
正文: 新文案
邮件: 新附件
------------查看完毕------------
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