C++设计模式——原型（克隆）模式

本文介绍: Prototype 模式的结构和实现都很简单，其关键就是（C++中）拷贝构造函数的实现方式，这也是C++实现技术层面上的事情。由于在示例代码中不涉及到深层拷贝（主要指有指针、复合对象的情况），因此我们通过编译器提供的默认的拷贝构造函数（按位拷贝）的方式进行实现。说明的是这一切只是为了实现简单起见，也因为本篇的重点不在拷贝构造函数的实现技术，而在Prototype 模式本身的思想。Prototype。

一、什么是原型 模式

Prototype模式说简单点，就是提供了一个 clone, 通过已存在对象进行新对象创建。clone（）实现和具体的实现语言相关，在C++中我们通过拷贝构造函数实现。

那为啥要写clone的接口来实现这个目的呢？直接使用拷贝构造不香么，偶然在知乎中看到陈硕大佬对此的一个回答，觉得豁然开朗。

Prototype 的意义在于，你拿到一个基类指针 Ba se* ，它指向某个派生类 Derived 对象，你想克隆出 Derived 对象，但代码中不写出 Derived 的具体类型，因为有很多派生类，这种情况下你用构造函数是搞不定的。type–switc h 是 b ad sm ells 。另外，这里考虑 vi rtual 的性能损失是主次不分，构造对象需要分配内存，这开销比一次虚函数调用大多了。
–陈硕在知乎中的回答

二、代码示例

#include <iostream&gt;
#include <memory&gt;
#include <cassert&gt;
using namespace std;

class Prototype
{
public:

	/// 这里引入NVI模式
    std::unique_ptr<Prototype&gt; clone(){ return clone_impl();}

    void noloop() const{ return noloop_impl();}

private:
    virtual std::unique_ptr<Prototype&gt; clone_impl() const = 0;
    virtual void noloop_impl() const = 0;
public:
    Prototype() = default;
    virtual ~Prototype() = default;
protected:
    Prototype(const Prototype&amp;) = default;
    Prototype(Prototype&amp;&amp;) = default;
    Prototype&amp; operator =(const Prototype&amp;) = default;
    Prototype&amp; operator=(Prototype&amp;&amp;) = default;
};

class Derived : public Prototype
{
private:
    /// 本质实现还是通过拷贝构造函数，在本例中默认是浅拷贝
    std::unique_ptr<Prototype&gt; clone_impl() const
    {
        return std::make_unique<Derived&gt;(*this);
    }

    void noloop_impl() const{ cout << __FUNCTION__ << endl;}
};



int main()
{

    std::unique_ptr<Prototype&gt; p0 = std::make_unique<Derived>();
    std::unique_ptr<Prototype> p1 = p0->clone();
    p1->noloop();

    assert((typeid(*p0) == typeid(*p1)) &amp;&amp; (typeid(*p1) == typeid(Derived)));
    
    /// 从结果可以看出，p0和p1指向的均为Derived类型对象

    return 0;
}

在这里插入图片描述

三、总结

Prototype模式的结构和实现都很简单，其关键就是（C++中）拷贝构造函数的实现方
式，这也是C++实现技术层面上的事情。由于在示例代码中不涉及到深层拷贝（主要指有指针、复合对象的情况），因此我们通过编译器提供的默认的拷贝构造函数（按位拷贝）的方式进行实现。说明的是这一切只是为了实现简单起见，也因为本篇的重点不在拷贝构造函数的实现技术，而在Prototype模式本身的思想。

Prototype模式通过复制原型（Prototype）而获得新对象创建的功能，这里Prototype本身就是“对象工厂”（因为能够生产对象），实际上Prototype模式和Builder模式、Ab str actFactory模式都是通过一个类（对象实例）来专门负责对象的创建工作（工厂对象），它们之间的区别是：Builder模式重点在对复杂对象的一步步创建（并不直接返回对象），Abstr actFactory模式重在产生多个相互依赖类的对象，而Prototype模式重在从自身复制自己创建新类。