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原型模式和建造模式的区别

news 2025/7/23 7:10:13

原型模式（Prototype Pattern）和建造者模式（Builder Pattern）虽然都是创建型设计模式，但它们的应用场景和实现方式有着显著的区别。以下是二者的详细对比：

1. 意图和应用场景

原型模式：
- 意图：通过克隆一个现有的对象来创建新对象，而不是通过实例化类来创建新对象。
- 应用场景：
  - 当创建对象的过程非常复杂或昂贵时，可以通过复制（克隆）现有的实例来创建新对象。
  - 如果系统中有许多具有相似状态的对象，原型模式可以通过复制现有对象节省初始化时间。
  - 适合动态加载类或对象时，用于避免依赖具体的构造函数或复杂的初始化流程。
建造者模式：
- 意图：将复杂对象的构建过程分离出来，使得相同的构建过程可以创建不同的对象。
- 应用场景：
  - 当对象的创建过程复杂且涉及多个步骤时，通过建造者模式可以控制创建过程。
  - 特别适合构建复杂的对象（通常包含多个子对象或多个可选参数）。
  - 适用于需要通过不同配置来创建不同种类对象的场景（例如创建同一个产品的不同版本）。

2. 创建对象的方式

原型模式：
- 通过复制（克隆）对象来创建新对象。复制操作可以是浅拷贝或深拷贝。
- 主要关注对象的复制过程，而不是构建过程。
- 通常需要实现 clone() 方法或类似的克隆机制来复制对象。
建造者模式：
- 通过构造步骤逐步构建对象。这个过程将对象的创建过程与表示过程解耦，允许一步一步地配置对象。
- 主要关注构建过程中的不同步骤和顺序，并且允许通过同一个构造过程生成不同的对象。
- 通常使用一个 Builder 类来定义构建的步骤和最终产品的生成。

3. 结构上的区别

原型模式：
- 原型模式的核心是对象本身，它使用现有的对象作为原型，通过克隆的方式生成新对象。
- 类结构较为简单，通常只涉及一个需要克隆的对象类。
建造者模式：
- 建造者模式有清晰的角色划分，通常包括：
  - Builder：定义了构建产品的抽象步骤。
  - ConcreteBuilder：实现具体的构建步骤。
  - Director（可选）：负责控制对象构建的顺序。
  - Product：最终生成的对象。
- 结构较复杂，因为构建过程需要清晰的步骤和相应的实现。

4. 修改对象状态的方式

原型模式：
- 对象状态是通过克隆现有对象，然后可能在新对象上进行少量修改来实现的。
- 这种模式下，通常不涉及构建复杂对象的多个步骤，而是从已有的对象开始，进行轻微的调整。
建造者模式：
- 对象状态的创建是通过一系列构建步骤来完成的。这些步骤可以独立控制，允许在构造过程中自由地改变对象的状态。
- 对象的不同部分可以通过不同的步骤来进行定制，构建过程可以灵活调整。

5. 代码示例

原型模式示例（C++）：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>class Prototype {
public:virtual ~Prototype() {}virtual std::shared_ptr<Prototype> clone() const = 0;virtual void print() const = 0;
};class ConcretePrototype : public Prototype {
private:std::string name;public:ConcretePrototype(const std::string& name) : name(name) {}std::shared_ptr<Prototype> clone() const override {return std::make_shared<ConcretePrototype>(*this);  // 浅拷贝}void print() const override {std::cout << "Prototype: " << name << std::endl;}
};int main() {std::shared_ptr<Prototype> prototype = std::make_shared<ConcretePrototype>("Original");std::shared_ptr<Prototype> clone = prototype->clone();  // 克隆对象prototype->print();clone->print();  // 输出与原型类似的对象return 0;
}

建造者模式示例（C++）：

#include <iostream>
#include <string>// 产品类
class Product {
private:std::string partA;std::string partB;public:void setPartA(const std::string& part) { partA = part; }void setPartB(const std::string& part) { partB = part; }void show() const {std::cout << "Product with " << partA << " and " << partB << std::endl;}
};// Builder 接口
class Builder {
public:virtual ~Builder() {}virtual void buildPartA() = 0;virtual void buildPartB() = 0;virtual Product getResult() = 0;
};// 具体的 Builder 实现
class ConcreteBuilder : public Builder {
private:Product product;public:void buildPartA() override {product.setPartA("Part A");}void buildPartB() override {product.setPartB("Part B");}Product getResult() override {return product;}
};// Director 类，负责构建过程的控制
class Director {
private:Builder& builder;public:Director(Builder& builder) : builder(builder) {}void construct() {builder.buildPartA();builder.buildPartB();}
};int main() {ConcreteBuilder builder;Director director(builder);director.construct();Product product = builder.getResult();product.show();  // 输出构建后的产品return 0;
}

6. 总结对比

模式	原型模式	建造者模式
意图	通过复制现有对象来创建新对象。	通过分步骤构建复杂对象。
创建方式	克隆（浅拷贝或深拷贝）现有对象。	按步骤逐步构建对象。
结构	结构较简单，通常只有一个类实现克隆。	结构较复杂，通常涉及多个类和多个步骤。
状态修改	通过克隆对象后修改少量状态。	通过多个步骤灵活调整对象的各个部分。
应用场景	当对象创建昂贵且需要复制现有对象时。	当对象构建过程复杂，需要逐步构建或有多种构建方式时。

解释：

原型模式：
- Prototype 是一个抽象类，定义了 clone() 方法。
- ConcretePrototype 是具体的实现类，负责实现 clone() 方法并执行对象的复制操作。

建造者模式：
- Builder 是一个接口，定义了构建产品的方法。
- ConcreteBuilder 实现了 Builder 接口，具体构建 Product 的各个部分。
- Director 负责控制构建过程，使用 Builder 来构建最终产品。
- Product 是最终生成的产品类，包含构建的各个部分。