面向对象设计模式--原型模式（C++可执行代码）

原创于 2024-04-17 14:46:10 发布 · 1k 阅读

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#原型模式 #设计模式 #c++

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本文详细介绍了原型模式，包括如何解决对象复制的问题，结构和实现方式，以及应用场景、优缺点和与其他设计模式的关系。通过实例展示了如何在代码中应用该模式，如简历和工作经历类的克隆操作。

原型模式

（Prototype）

原型是一种创建型设计模式，使你能够复制已有对象，而又无需使代码依赖它们所属的类。

1. 问题

如果你有一个对象，并希望生成与其完全相同的一个复制品，你该如何实现呢？首先，你必须新建一个属于相同类的对象。然后，你必须遍历原始对象的所有成员变量，并将成员变量值复制到新对象中。

不错！但有个小问题。并非所有对象都能通过这种方式进行复制，因为有些对象可能拥有私有成员变量，它们在对象本身以外是不可见的。

“从外部”复制对象并非总是可行。

直接复制还有另外一个问题。因为你必须知道对象所属的类才能创建复制品，所以代码必须依赖该类。即使你可以接受额外的依赖性，那还有另外一个问题：有时你只知道对象所实现的接口，而不知道其所属的具体类，比如可向方法的某个参数传入实现了某个接口的任何对象。

2. 解决方案

原型模式将克隆过程委派给被克隆的实际对象。模式为所有支持克隆的对象声明了一个通用接口，该接口让你能够克隆对象，同时又无需将代码和对象所属类耦合。通常情况下，这样的接口中仅包含一个克隆方法。

所有的类对克隆方法的实现都非常相似。该方法会创建一个当前类的对象，然后将原始对象所有的成员变量值复制到新建的类中。你甚至可以复制私有成员变量，因为绝大部分编程语言都允许对象访问其同类对象的私有成员变量。

支持克隆的对象即为原型。当你的对象有几十个成员变量和几百种类型时，对其进行克隆甚至可以代替子类的构造。

其运作方式如下：创建一系列不同类型的对象并不同的方式对其进行配置。如果所需对象与预先配置的对象相同，那么你只需克隆原型即可，无需新建一个对象。

3. 结构

原型模式的结构

其中：

*Prototype声明一个复制自身的接口。

*Concrete Prototype实现一个复制自身的操作。

* Client让一个原型复制自身从而创建一个新的对象。

4. 实现方式

1. 创建原型接口，并在其中声明克隆方法。

如果你已有类层次结构，则只需在其所有类中添加该方法即可。

2. 原型类必须另行定义一个以该类对象为参数的构造函数。

构造函数必须复制参数对象中的所有成员变量值到新建实体中。如果你需要修改子类，则必须调用父类构造函数，让父类复制其私有成员变量值。

如果编程语言不支持方法重载，那么你可能需要定义一个特殊方法来复制对象数据。在构造函数中进行此类处理比较方便，因为它在调用 new 运算符后会马上返回结果对象。

3. 克隆方法通常只有一行代码：使用 new 运算符调用原型版本的构造函数。

注意，每个类都必须显式重写克隆方法并使用自身类名调用 new 运算符。否则，克隆方法可能会生成父类的对象。

4. 你还可以创建一个中心化原型注册表，用于存储常用原型。

你可以新建一个工厂类来实现注册表，或者在原型基类中添加一个获取原型的静态方法。该方法必须能够根据客户端代码设定的条件进行搜索。搜索条件可以是简单的字符串，或者是一组复杂的搜索参数。找到合适的原型后，注册表应对原型进行克隆，并将复制生成的对象返回给客户端。

最后还要将对子类构造函数的直接调用替换为对原型注册表工厂方法的调用。

5. 代码示例

prototype.h

#ifndef DESIGN_PATTERNS_PROTOTYPE_H
#define DESIGN_PATTERNS_PROTOTYPE_H
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
//------------------------------//
class WorkExperience //"工作经验"类
{
public:
	void SetCompany(string);//设置公司
	void SetTimeArea(string);//设置时间区域
	string GetCompany();//获取公司
	string GetTimeArea();//获取时间区域
	WorkExperience* Clone();//克隆

private:
	string company_;//公司
	string time_area_;//时间区域
};
//------------------------------//
class Resume //"简历"类
{
public:
	Resume() {};
	Resume(string);
	~Resume();
	void SetPersonalInfo(string, string);//设置个人信息
	void SetWorkExperience(string, string);//设置工作经验
	Resume* Clone();//克隆
	void PrintResume();//打印简历

private:
	string name_;//姓名
	string sex_;//性别
	string age_;//年龄
	WorkExperience *work_experience_;//工作经验
};
//------------------------------//
#endif //DESIGN_PATTERNS_PROTOTYPE_H

prototype.c

#include "prototype.h"
//------------------------------//
void WorkExperience::SetCompany(string company) 
{
	company_ = company;
}

void WorkExperience::SetTimeArea(string time_area) 
{
	time_area_ = time_area;
}

string WorkExperience::GetCompany() 
{
	return company_;
}

string WorkExperience::GetTimeArea() 
{
	return time_area_;
}

WorkExperience* WorkExperience::Clone() 
{
	WorkExperience* new_work_experience = new WorkExperience();
	new_work_experience->SetCompany(company_);
	new_work_experience->SetTimeArea(time_area_);
	return new_work_experience;
}
//------------------------------//
Resume::Resume(string name) 
{
	name_ = name;
	work_experience_ = new WorkExperience();
}

Resume::~Resume() 
{
	delete work_experience_;
}

void Resume::SetPersonalInfo(string sex, string age)
{
	sex_ = sex;
	age_ = age;
}

void Resume::SetWorkExperience(string company, string time_area) 
{
	work_experience_->SetCompany(company);
	work_experience_->SetTimeArea(time_area);
}

Resume* Resume::Clone() 
{
	Resume* new_resume = new Resume(name_);
	new_resume->SetPersonalInfo(sex_, age_);
	new_resume->work_experience_ = work_experience_->Clone();
	return new_resume;
}

void Resume::PrintResume() 
{
	cout << name_ << ", " << sex_ << ", " << age_ << ", "
		<< work_experience_->GetCompany() << " : " << work_experience_->GetTimeArea() << endl;
}
//------------------------------//

Main.c

//------------------------------//
#include <iostream>
#include "prototype.h"
using namespace std;
//------------------------------//
// Created by Cls on 2024/03/28.
//------------------------------//
int main(int argc, char *argv[])
{
	Resume *resume1_;
	Resume *resume2_;
	//-----------------//
	resume1_ = new Resume("Bob");
	resume1_->SetPersonalInfo("M", "24");
	resume1_->SetWorkExperience("Google", "2015~2017");
	resume2_ = resume1_->Clone();
	resume1_->PrintResume();
	resume2_->PrintResume();
	cout << "------------------" << endl;

	//-----------------//
	resume2_->SetPersonalInfo("F", "23");
	resume1_->PrintResume();
	resume2_->PrintResume();
	cout << "------------------" << endl;

	//-----------------//
	resume2_->SetWorkExperience("Twitter", "2016~2017");
	resume1_->PrintResume();
	resume2_->PrintResume();
	cout << "------------------" << endl;

	//-----------------//
	resume1_->SetWorkExperience("Amazon", "2015-2017");
	resume1_->PrintResume();
	resume2_->PrintResume();
	cout << "------------------" << endl;

	//-----------------//
	delete resume1_;
	delete resume2_;
	//-----------------//
	return 0;
}
//------------------------------//

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