创建型--克隆模式

什么是克隆模式

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克隆模式： 也称之为 原型模式，顾名思义，就是创建一个实例对象的副本。创建副本的过程中，分为浅副本 和 深副本两种情况。

• 浅副本： 浅副本与原对象的某些属性共用一片内存接口，这是一种引用操作；
• 深副本： 深副本的所有属性内存与原对象的所有属性接口不一样，深副本的数据拷贝自原对象；

具体区别如下所示：

什么时候使用浅副本：如果资源有限（例如嵌入式系统）或者性能至关重要（例如高性能计算），使用浅复制 会更好，它可以实现数据共享、减少克隆对象的创建时间；
什么时候使用深副本：我们需要一个对象的完整副本。

为什么不选择重新创建一个实例对象，而选择克隆模式

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• 如果重新创建一个实例对象，我们得到的只是一个原始状态的实例对象；
• 克隆模式获取的是当前状态下实例对象的副本；
• 两者操作获取的实例对象的状态信息是不一样的。

克隆模式的应用场景

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• 当我们已有一个对象，并希望创建该对象的一个完整副本时，原型模式就派上用场了；
• 当我们想复制一个复杂对象时，使用原型模式会很方便；避免了重新创建对象，并对数据库进行多次查询操作；

克隆模式的例子

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例子1：深度复制：deepcopy函数

Python 有专门的库函数来实现深度复制，例如：copy.deepcopy()

import copy

class A:
    def __init__(self):
        self.x = 18
        self.msg = 'Hello'

class B(A):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.y = 34

    def __str__(self):
        return '{}, {}, {}'.format(self.x, self.msg, self.y)

if __name__ == '__main__':
    b = B()
    c = copy.deepcopy(b)
    print([str(i) for i in (b, c)]) # 打印属性数据
    print([i for i in (b, c)]) # 打印实例地址

输出的结果：

['18, Hello, 34', '18, Hello, 34']
[<__main__.B object at 0x7f4764bdbcf8>, <__main__.B object at 0x7f4764bdbda0>]

例子2：克隆书籍

假设某本书第一版的信息包括：书名，作者，价格等。现在要对该书进行再版，新版和旧版之间绝大部分的信息都是一样的。一个很好的办法就是对第一版的信息进行克隆，在副本的基础之上进行修改。

定义书籍类

在下述代码中，Book类展示了一种有趣的技术可避免可伸缩构造器问题。在 __init__() 方法中，仅有三个形参是固定的： name、 authors、price，但是使用 rest 变长列表，调用者能以关键词的形式（名称=值）传入更多的参数。 self.__dict__.update(rest) 一行将 rest 的内容添加到 Book 类的内部字典中，成为它的一部分。
代码中还使用了 OrderedDict 来强制元素有序。

**加载公共库**
import copy
from collections import OrderedDict

class Book:
    def __init__(self, name, authors, price, **rest):
        '''rest的例子有：出版商，长度，标签，出版日期'''
        self.name = name
        self.authors = authors
        self.price = price # 单位为美元
        self.__dict__.update(rest)

    def __str__(self):
        mylist = [] # 存储属性信息
        # 使字典固定顺序
        ordered = OrderedDict(sorted(self.__dict__.items()))
        for i in ordered.keys():
            mylist.append('{}: {}'.format(i, ordered[i]))
            if i == 'price':
                mylist.append('$')
            mylist.append('\n')
        return ''.join(mylist)

定义克隆类

Prototype 类实现了原型设计模式。 Prototype类的核心是clone()方法，该方法使用我们熟悉的copy.deepcopy()函数来完成真正的克隆工作。但Prototype类在支持克隆之外做了一点更多的事情，它包含了方法 register() 和 unregister()，这两个方法用于在一个字典中追踪被克隆的对象。

# 克隆类
class Prototype:

    def __init__(self):
        self.objects = dict() # 存储对象　

    # 登记要克隆的对象
    def register(self, identifier, obj):
        """
        Params:
            identifier：需要克隆对象的标识；
            obj：需要克隆的对象
        """
        self.objects[identifier] = obj

    # 在克隆集合中删除指定对象
    def unregister(self, identifier):
        del self.objects[identifier]

    # 返回克隆后的对象
    def clone(self, identifier, **attr):
        """
        Params：
            - identifier：对象标识；
            - **attr：需要被更新的属性以及属性数据
        """
        found = self.objects.get(identifier) # 根据标识获取对象
        if not found:
            raise ValueError('Incorrect object identifier: {}'.format(identifier))
        obj = copy.deepcopy(found) # clone 对象
        obj.__dict__.update(attr) # 更新副本的参数
        return obj

实现克隆操作

• 首先建立了一个书籍对象 b1；
• 把 b1 登记进入克隆实例对象中；
• 选择克隆书籍对象 b1；
• 对比 b1 和其副本的 id；

def main():
    # 创建一个原始对象
    b1 = Book('The C Programming Language', ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie'), price=118, publisher='Prentice Hall',
              length=228, publication_date='1978-02-22', tags=('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures'))

    prototype = Prototype()
    cid = 'k&r-first'
    prototype.register(cid, b1)
    b2 = prototype.clone(cid, name='The C Programming Language(ANSI)', price=48.99,
                         length=274, publication_date='1988-04-01', edition=2)

    # 显示克隆对象的信息
    for i in (b1, b2):
        print(i)
    print('ID b1 : {} != ID b2 : {}'.format(id(b1), id(b2)))

if __name__ == '__main__':
    main()

运行的结果如下：

结果：
authors: ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie')
length: 228
name: The C Programming Language
price: 118$
publication_date: 1978-02-22
publisher: Prentice Hall
tags: ('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures')

authors: ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie')
edition: 2
length: 274
name: The C Programming Language(ANSI)
price: 48.99$
publication_date: 1988-04-01
publisher: Prentice Hall
tags: ('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures')

ID b1 : 139993865162592 != ID b2 : 139993865255400

源码在这里;

参考

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1. 《精通Python设计模式》