【设计模式】腾讯面经:原型模式怎么理解？

本文介绍: 设计模式是编程世界的基石，其中原型模式无疑是一种常用而又高效的创建对象的手段。那么，什么是原型模式呢？又该如何去实现它？在软件工程中，原型模式是一种创建型设计模式。如果创建一个新的对象成本较高，原型模式允许我们复制一个已存在的对象，而非从新构造，这相当于做了一次克隆操作。这就在一定程度上避开了构造函数的约束，极大地提升了程序的执行效率。原型模式是设计模式中一个相当实用的模式，它帮助我们在保证性能的同时，完成对象的生成。它简化了对象的创建，提高了对象的复用性，但同时我们也要注意其所带来的问题。

什么是原型模式？

设计模式是编程世界的基石，其中原型模式无疑是一种常用而又高效的创建对象的手段。那么，什么是原型模式呢？又该如何去实现它？

在软件工程中，原型模式是一种创建型设计模式。我们可以这样理解：如果创建一个新的对象成本较高，原型模式允许我们复制一个已存在的对象，而非从新构造，这相当于做了一次克隆操作。这就在一定程度上避开了构造函数的约束，极大地提升了程序的执行效率。

原型模式的实现

GO

下面，我们通过Go语言来演示一下原型模式的具体实现。

我们需要创建一个Animal接口，有一个Clone方法代表创建一个自我复制：

type Animal interface {
    Clone() Animal
    GetName() string
}

然后我们定义a Dog结构体并实现Animal接口：

type Dog struct {
    name string
}

func (d *Dog) Clone() Animal {
    return &Dog{name: d.name}
}

func (d *Dog) GetName() string {
    return d.name
}

func NewDog(name string) Animal {
    return &Dog{name: name}
}

克隆操作只是简单地复制了Dog的name字段。

接下来我们就可以进行克隆操作：

func main (){
	original := NewDog("Max")
	
	clone := original.Clone()
    fmt.Println(clone.GetName()) // Output: Max
}

您可以看到，我们没有通过构造函数创造新的对象，而是直接通过克隆得到新的对象。

Java

首先，我们需要创建一个抽象的Animal接口，这个接口定义了cloneAnimal方法，表示创建一个自我副本。

public interface Animal extends Cloneable {
    Animal cloneAnimal();
    String getName();
}

然后，我们创建一个Dog类，实现了Animal接口。

public class Dog implements Animal {
    private String name;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Animal cloneAnimal() {
        return new Dog(name);
    }

    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
}

在Dog类的cloneAnimal方法中，我们通过new Dog(name)复制了一个Dog对象。

下面我们就可以进行克隆操作了：

public class TestPrototype {
    public static void main(String[] args) {
        Dog original = new Dog("Max");
        Dog clone = (Dog) original.cloneAnimal();
        System.out.println(clone.getName()); // Output: Max
    }
}

你可以看到，使用原型模式，我们可以非常简单地创建一个新对象，而无需显式地使用构造函数。这样可以提高程序的性能，特别是在大量创建对象时。

优缺点

原型模式的优点主要体现在，它可以减少系统中类的数量，当一个类的实例之间的状态没有变化时，可以使用原型模式进行复制和拷贝，无需再创建对象，节省了系统资源。

而它的缺点则在复制复杂对象时显现得比较明显，对象之间存在深层次的引用关系，简单复制可能会导致一系列问题，增加了开发的复杂度。

与其他设计模式的比较

原型模式和工厂模式？

原型模式和工厂模式都属于创建型设计模式，但它们的关注点并不同。原型模式注重复制已有的实例，减少新对象的创建工作。工厂模式则是注重通过共通的接口创建新实例，去实现对象的创建和使用的解耦合。

原型和单例模式？

原型模式和单例模式可以有些对立。单例模式强调系统内只能有一个实例，而原型模式则是鼓励对象的复制。

原型模式和克隆模式有什么区别和联系？

原型模式和克隆模式其实在很多情况下是一回事，他们都是基于已存在对象生成新的对象。原型模式是一种创建型设计模式，它指的是通过复制一个已存在的实例来返回新的实例，而这个复制的过程，就是我们通常所说的克隆。所以，克隆的概念通常是作为实现原型模式的一种手段。

当我们讨论“克隆”时，通常会分为“浅克隆”和“深克隆”两种：

浅克隆：创建一个新的对象，然后将当前对象的非静态字段复制到该新对象。如果字段是值类型的，则对该字段执行逐位复制；如果字段是引用类型，则复制引用但不复制引用的对象。因此，原始对象及其副本引用同一对象。
深克隆：创建一个新的对象，并对其进行递归复制，不只是将当前对象的非静态字段复制到该新对象，而且还要将字段指向的所有对象都进行复制。所以，原始对象及其副本不引用同一对象。

总的来说，无论是原型模式，还是浅克隆、深克隆，他们的核心思想都是根据一个已存在的对象，快速地生成一个新的对象。这种方式特别适合于创建复杂对象或者创建对象的成本较大的情况。