“对象创建”模式之原型模式

Prototype 原型模式

动机 Motivation

• 在软件系统中，经常面临着“某些结构复杂的对象”的创建工作；由于需求的变化，这些对象经常面临着剧烈的变化，但是它们却拥有比较稳定一致的接口。
• 如何应对这种变化？如何向“客户程序（使用这些对象的程序）”隔离出“这些易变对象”，从而使得“依赖这些易变对象的客户程序”不随着需求改变而改变？

引例

• 前文中分割器的例子，使用工厂方法模式是一种方式，下面介绍使用原型模式的方式。

// 抽象类
class ISplitter
{
public:virtual void split() = 0;virtual ISplitter* Clone() = 0;          // 通过克隆自己来创建对象virtual ~ISplitter() {}
};// 具体类 - 二进制分割器
class BinarySplitter : public ISplitter
{
private:std::string* binaryData;  // 假设有需要深拷贝的指针成员int dataSize;public:BinarySplitter() : binaryData(nullptr), dataSize(0) {}// 深拷贝构造函数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);  // 调用拷贝构造函数进行深拷贝}
};// 具体类 - 图片分割器
class PictureSplitter : public ISplitter
{
private:std::string* imageData;  // 假设有需要深拷贝的指针成员int width, height;public:PictureSplitter() : imageData(nullptr), width(0), height(0) {}// 深拷贝构造函数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);  // 调用拷贝构造函数进行深拷贝}
};// 具体类 - 视频分割器
class VideoSplitter : public ISplitter
{
private:std::string* videoData;  // 假设有需要深拷贝的指针成员double duration;public:VideoSplitter() : videoData(nullptr), duration(0) {}// 深拷贝构造函数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);  // 调用拷贝构造函数进行深拷贝}
};// MainForm
class MainForm
{ISplitter* prototype;public:MainForm(ISplitter* prototype)          // 通常由外部传入{this->prototype = prototype;}~MainForm() {delete prototype;}void Button1_Click(){ISplitter* splitter = prototype->Clone();     // 克隆原型    splitter->split();delete splitter;}
};int main() 
{// 创建原型对象BinarySplitter* binaryProto = new BinarySplitter();binaryProto->setData("Sample binary data");// 使用原型MainForm form1(binaryProto);form1.Button1_Click();// 另一个例子PictureSplitter* pictureProto = new PictureSplitter();pictureProto->setImage("Very long picture data...", 1920, 1080);MainForm form2(pictureProto);form2.Button1_Click();return 0;
}

模式定义

使用原型实例指定创建对象的种类，然后通过拷贝这些原型来创建新的对象。

结构 Structure

前文代码中的ISplitter对应图中的Prototype；BinarySplitter对应ConcretePrototype1，VideoSplitter对应ConcretePrototype2；MainForm对应Client

要点总结

• Prototype原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些“易变类”拥有“稳定的接口”。
• 原型模式对于“如何创建易变类的实体对象”采用“原型克隆”的方法来做，它使得我们可以非常灵活地动态创建“拥有某些稳定接口”的新对象——所需工作仅仅是注册一个新类的对象（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来实现深拷贝。

来源：极客班——C++设计模式入门