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C++ 设计模式——原型模式

news 2025/8/13 14:54:57

原型模式

- 原型模式
- - 主要组成部分
  - 原型模式的使用步骤
  - 原型模式的 UML 图
  - 原型模式 UML 图解析
  - 优点和缺点
  - 适用场景
  - 总结

原型模式

原型(Prototype)模式是一种创建型模式。原型模式通过(原型对象)克隆出对个一模一样的对象。实际上，该模式与其说是一种设计模式，不如说是一种创建对象的方法(对象克隆)，尤其是创建给定类的对象(实例)过程很复杂(例如，要设置许多成员变量的值)时，适用这种设计模式就比较合适。

引入“原型”(Prototype)模式的定义：用原型实例指定创建对象的类型，并且通过复制这些原型创建新的对象。简单来说，就是通过克隆来创建新的对象实例。

主要组成部分

原型接口 (Prototype Interface)：定义一个克隆方法，通常是 clone()，用于复制当前对象的实例。
具体原型类 (Concrete Prototype)：实现原型接口，提供具体的克隆实现。每个具体原型类都可以被克隆以创建新对象。
客户端 (Client)：使用原型对象来创建新对象。客户端通过调用原型的克隆方法来获得新对象，而不是直接使用构造函数。

原型模式的使用步骤

定义原型接口

创建一个包含克隆方法的抽象类 Monster。

//怪物父类
class Monster
{
public://构造函数Monster(int life, int magic, int attack) :m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack) {}virtual ~Monster() {} //做父类时析构函数应该为虚函数public:virtual Monster* clone() = 0; //具体的实现在子类中进行protected: //可能被子类访问的成员，用protected修饰//怪物属性int m_life;    //生命值int m_magic;   //魔法值int m_attack;  //攻击力
};

实现具体原型类

创建具体的怪物类，继承自 Monster，并实现 clone() 方法。

//亡灵类怪物
class M_Undead :public Monster
{
public://构造函数M_Undead(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack){cout << "一只亡灵类怪物来到了这个世界" << endl;}public://拷贝构造函数M_Undead(const M_Undead& tmpobj) :Monster(tmpobj){cout << "调用了M_Undead::M_Undead(const M_Undead& tmpobj)拷贝构造函数创建了一只亡灵类怪物" << endl;}virtual Monster* clone(){return new M_Undead(*this); //触发拷贝构造函数的调用来创建亡灵类怪物}//其他代码略....
};//元素类怪物
class M_Element :public Monster
{
public://构造函数M_Element(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack){cout << "一只元素类怪物来到了这个世界" << endl;}public://拷贝构造函数M_Element(const M_Element& tmpobj) :Monster(tmpobj) //初始化列表中注意对父类子对象的初始化{cout << "调用了M_Element::M_Element(const M_Element& tmpobj)拷贝构造函数创建了一只元素类怪物" << endl;}virtual Monster* clone(){return new M_Element(*this);}//其他代码略....
};//机械类怪物
class M_Mechanic :public Monster
{
public://构造函数M_Mechanic(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack){cout << "一只机械类怪物来到了这个世界" << endl;}public://拷贝构造函数M_Mechanic(const M_Mechanic& tmpobj) :Monster(tmpobj){cout << "调用了M_Mechanic::M_Mechanic(const M_Mechanic& tmpobj)拷贝构造函数创建了一只机械类怪物" << endl;}virtual Monster* clone(){return new M_Mechanic(*this);}//其他代码略....
};

使用客户端

在客户端代码中，创建原型对象并使用克隆方法生成新对象。

int main()
{// 创建原型对象Monster* undead = new M_Undead(100, 50, 20);Monster* element = new M_Element(80, 60, 25);Monster* mechanic = new M_Mechanic(120, 30, 30);// 克隆对象Monster* clonedUndead = undead->clone();Monster* clonedElement = element->clone();Monster* clonedMechanic = mechanic->clone();// 使用克隆对象...// 例如，可以在这里对克隆对象进行操作或输出属性// 清理内存delete undead;delete element;delete mechanic;delete clonedUndead;delete clonedElement;delete clonedMechanic;return 0;
}

原型模式的 UML 图

原型模式 UML 图解析

类关系：
- Prototype（原型类）：这是一个抽象类，定义了克隆接口（通常是 clone() 方法）。在 UML 图中，对应于 Monster 类。
- ConcretePrototype（具体原型类）：这些是实现了 Prototype 接口的具体类，负责实现克隆逻辑。图中的 M_Undead、M_Element 和 M_Mechanic 是具体原型类。
稳定与变化：
- 稳定部分：Prototype 类（如 Monster）通常保持不变，定义了基本的属性和克隆接口。
- 变化部分：ConcretePrototype 类（如 M_Undead、M_Element 等）是变化的部分，可以根据需求添加新的具体类。
信息隐藏：
- 客户端代码与 Prototype 接口交互，而不需要了解具体的实现细节。这种设计实现了信息隐藏，使得系统更加灵活。
扩展性：
- 新的具体原型类可以通过实现 Prototype 接口来扩展，而不需要修改现有的代码结构，符合开闭原则。