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浅谈设计模式十六: 原型模式(Prototype)

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1 实例

有一个系统中有很多系统配置和用户简况：

  1. 初始读取配置或用户简况需要花一些时间（比如用一些系统调用或读取数据库等），但并非实时数据，只需初始化读一编;
  2. 因为众多系统配置和用户简况需要初始化，每次手动初始化比较繁琐，希望能一个类其中管理并快速创建实例

那么如何能不每次手动初始化对象，并能克隆初始化的数据到新的实例呢？

2 原型模式(Prototype)

2.1 目的

使用一个原型的实例来创建一些特定的对象，然后当创建这些新的对象时通过拷贝这个原型。

2.2 实现

使用原型模式：

  1. 第一次花一段时间初始化系统配置和用户简况的数据，存入相应的变量内;
  2. 原型管理类其中管理需要克隆的类，直接克隆初始化好的实例的数据变量值，不再需要去或系统调用或读取来初始化数据。
  3. 客户直接使用原型管理类获取实例，不再需要手动实例化它们。

代码实例在这里。

2.2.1 定义原型抽象接口

为克隆声明一个接口。 

class Prototype {
 public:
  virtual ~Prototype() {}
  virtual Prototype* Clone() = 0;
};

2.2.2 系统配置类继承原型基类

class Configuration : public Prototype {
 public:
  virtual ~Configuration();
  void GetFileInformation();
  virtual Prototype* Clone();
  void ShowInformation();
 private:
  string file_information_;
};

2.2.3 用户简况类继承原型基类

class UserProfile : public Prototype {
 public:
  virtual ~UserProfile();
  void GetDatabaseInformation();
  virtual Prototype* Clone();
  void ShowInformation();
 private:
  string database_information_;
};

2.2.4 原型管理类管理原型克隆

AddPrototype 添加原型实例， GetPrototype 克隆原型实例返回新的实例。 

void PrototypeManager::AddPrototype(Prototype *p, int index) {
  (*prototype_map_)[index] = p;
}


Prototype* PrototypeManager::GetPrototype(int index) {
  return prototype_map_->at(index)->Clone();
}

3 总结

3.1 原型模式(Prototype)结构

3.2 组成

  • 抽象原型类（Prototype）为克隆声明一个接口。
  • 具体原型类（ConcretePrototype）实现自我克隆的操作。
  • 客户类（Client）通过要求原型类克隆自己来创建新的对象。

3.3 应用场景

使用原型模式当一个系统需要独立与它的产品如何创建，组成和表示，而且

  • 当这些类在运行时被指定初始化，比如，通过动态加载，或
  • 为了避免创建一个与产品类层次相平行的工厂类层次时，或
  • 当一个类的实例能有许多不同状态组合中之一时，创建相应数目的原型并克隆它们比手动实例化它们更方便些。

3.4 缺点

原型模式的主要缺点是每个原型类的子类必须实现 Clone 操作，这可能很困难。例如，新增 Clone 操作是困难的当所考虑的类已经存在。实现 Clone 操作可以很困难当内部包含不支持拷贝或有循环引用的对象时。

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