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重温设计模式--原型模式

news 来源：原创 2025/5/22 11:29:24

文章目录

原型模式定义
原型模式UML图
优点
缺点
使用场景
C++ 代码示例
深拷贝、浅拷贝

原型模式定义

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象；
核心中的核心就是克隆clone ,后面讲
原型模式是一种创建型设计模式，它的主要意图是通过复制现有的对象实例来创建新的对象，而不是通过传统的使用构造函数来初始化创建。

原型模式UML图

在这里插入图片描述

优点

提高创建对象的效率：当创建一个对象的过程比较复杂，例如需要进行大量的初始化操作、读取配置文件等，如果采用传统的构造方式每次创建都要重复这些复杂过程，而原型模式通过复制已有对象，能快速创建新对象，节省时间和资源。
便于动态创建对象：可以在运行时根据已有对象动态生成新的对象，对于一些需要根据不同场景灵活生成相似对象的情况非常有用。

缺点

深拷贝和浅拷贝问题：在实现对象复制时，如果对象中包含指针等复杂成员，需要正确处理深拷贝和浅拷贝的情况，否则可能导致数据不一致等问题。比如浅拷贝只是简单复制指针，多个对象会指向同一块内存区域，修改一个对象的数据可能意外影响到其他对象。
每一个类都要配备克隆方法：要使用原型模式，需要在具体的类中实现克隆（复制）的相关方法，增加了代码编写和维护的工作量。

使用场景

对象创建成本高的情况：比如创建一个数据库连接对象，初始化过程涉及到加载驱动、配置参数、建立网络连接等复杂操作，后续需要多个相似的连接对象时，就可以用原型模式复制已有的连接对象来快速创建新的。
根据已有对象生成变体对象：例如在图形绘制系统中，已经绘制了一个圆形，要基于这个圆形生成几个大小、颜色等属性稍有不同的新圆形，通过原型模式复制已有圆形对象再进行属性修改就很方便。

C++ 代码示例

以下是一个简单的 C++ 代码示例来演示原型模式，这里假设有一个简单的 Shape（图形）类作为基类，有 Rectangle（矩形）类继承自它，通过原型模式来复制矩形对象：

#include <iostream>
#include <string>// 抽象基类，定义克隆接口
class Shape
{
public:virtual Shape* clone() = 0;virtual void draw() = 0;virtual ~Shape() {}
};// 具体的矩形类
class Rectangle : public Shape
{
private:int width;int height;
public:Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}// 实现克隆方法，返回一个新的矩形对象副本Shape* clone() override {return new Rectangle(*this);}void draw() override{std::cout << "Drawing a rectangle with width: " << width << " and height: " << height << std::endl;}
};int main() 
{Rectangle originalRect(10, 20);originalRect.draw();// 通过原型模式复制矩形对象Shape* clonedRect = originalRect.clone();clonedRect->draw();delete clonedRect;char t;std::cin>>t;return 0;
}

在这里插入图片描述

在上述代码中：
首先定义了抽象基类 Shape，它有一个纯虚函数 clone 用于克隆对象，还有一个纯虚函数 draw 用于绘制图形（这里只是简单输出图形相关信息示意）。
Rectangle 类继承自 Shape，它有自己的成员变量 width 和 height 表示矩形的宽和高，其构造函数用于初始化这两个属性。关键的是实现的 clone 函数，通过 new Rectangle(this) 利用拷贝构造函数创建了一个新的 Rectangle 对象，这个新对象就是原对象的副本，然后返回这个副本的指针（以 Shape 类型返回，体现了多态性）。
在 main 函数中，先创建了一个原始的矩形对象 originalRect 并调用 draw 展示其信息，然后通过原型模式调用 clone 方法复制出一个新的矩形对象 clonedRect，同样调用 draw 展示，最后记得释放动态分配的内存（通过 delete 操作符），避免内存泄漏。
实际应用中，如果类的成员变量有指针等情况，可能还需要更细致地处理拷贝构造函数来确保深拷贝正确执行，避免出现意外的数据共享和修改问题。

深拷贝、浅拷贝

浅拷贝仅复制对象的引用（指针），而深拷贝会创建一个新对象，并复制对象的内容。
同一类型的对象之间可以赋值，使得两个对象的成员变量的值相同，两个对象仍然是独立的两个对象，这种情况被称为浅拷贝.
一般情况下，浅拷贝没有任何副作用，但是当类中有指针，并且指针指向动态分配的内存空间，析构函数做了动态内存释放的处理，会导致内存问题。

class MyClass {
public:int* data;MyClass(int value) {data = new int(value);}// 浅拷贝构造函数MyClass(const MyClass& other) {data = other.data; // 浅拷贝，指针复制}// 析构函数~MyClass() {delete data;}
};class MyClass {
public:int* data;MyClass(int value) {data = new int(value);}// 深拷贝构造函数MyClass(const MyClass& other) {data = new int(*(other.data)); // 深拷贝，复制对象内容}// 赋值运算符，进行深拷贝MyClass& operator=(const MyClass& other) {if (this != &other) {delete data;data = new int(*(other.data)); // 深拷贝}return *this;}// 析构函数~MyClass() {delete data;}
};