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设计模式八：原型模式 (Prototype Pattern)

news 2025/7/28 1:17:21

动机(Motivation)

1、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。
2、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?

解决方法：使用原型模式

原型模式是一种创建型设计模式，它允许通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过构造函数创建。

基本概念

原型模式的核心思想是：

创建一个原型接口，声明克隆方法
具体类实现这个接口并提供克隆自身的能力
客户端通过请求原型对象克隆自身来创建新对象

实现方式

1. 基本实现

#include <iostream>
#include <memory>// 原型基类
class Prototype {
public:virtual ~Prototype() = default;virtual std::unique_ptr<Prototype> clone() const = 0;virtual void print() const = 0;
};// 具体原型类
class ConcretePrototype : public Prototype {
public:ConcretePrototype(int value) : value_(value) {}// 复制构造函数实现克隆std::unique_ptr<Prototype> clone() const override {return std::make_unique<ConcretePrototype>(*this);}void print() const override {std::cout << "ConcretePrototype with value: " << value_ << std::endl;}void setValue(int value) {value_ = value;}private:int value_;
};int main() {// 创建原型对象auto prototype = std::make_unique<ConcretePrototype>(10);// 克隆对象auto clone1 = prototype->clone();auto clone2 = prototype->clone();// 修改克隆对象dynamic_cast<ConcretePrototype*>(clone1.get())->setValue(20);dynamic_cast<ConcretePrototype*>(clone2.get())->setValue(30);// 输出结果prototype->print();  // 输出: ConcretePrototype with value: 10clone1->print();     // 输出: ConcretePrototype with value: 20clone2->print();     // 输出: ConcretePrototype with value: 30return 0;
}

2. 使用原型管理器

#include <iostream>
#include <memory>
#include <unordered_map>class Prototype {
public:virtual ~Prototype() = default;virtual std::unique_ptr<Prototype> clone() const = 0;virtual void print() const = 0;
};class ConcretePrototypeA : public Prototype {
public:ConcretePrototypeA(int value) : value_(value) {}std::unique_ptr<Prototype> clone() const override {return std::make_unique<ConcretePrototypeA>(*this);}void print() const override {std::cout << "ConcretePrototypeA with value: " << value_ << std::endl;}private:int value_;
};class ConcretePrototypeB : public Prototype {
public:ConcretePrototypeB(std::string str) : str_(std::move(str)) {}std::unique_ptr<Prototype> clone() const override {return std::make_unique<ConcretePrototypeB>(*this);}void print() const override {std::cout << "ConcretePrototypeB with string: " << str_ << std::endl;}private:std::string str_;
};class PrototypeManager {
public:void registerPrototype(const std::string& key, std::unique_ptr<Prototype> prototype) {prototypes_[key] = std::move(prototype);}std::unique_ptr<Prototype> create(const std::string& key) {if (prototypes_.find(key) != prototypes_.end()) {return prototypes_[key]->clone();}return nullptr;}private:std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<Prototype>> prototypes_;
};int main() {PrototypeManager manager;// 注册原型manager.registerPrototype("A", std::make_unique<ConcretePrototypeA>(100));manager.registerPrototype("B", std::make_unique<ConcretePrototypeB>("Hello"));// 从原型创建对象auto obj1 = manager.create("A");auto obj2 = manager.create("B");auto obj3 = manager.create("A");if (obj1) obj1->print();  // 输出: ConcretePrototypeA with value: 100if (obj2) obj2->print();  // 输出: ConcretePrototypeB with string: Helloif (obj3) obj3->print();  // 输出: ConcretePrototypeA with value: 100return 0;
}