【C++设计模式之原型模式:创建型】分析及示例

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简介

原型模式(Prototype Pattern)是一种创建型设计模式,它允许通过复制已有对象来生成新的对象,而无需再次使用构造函数。

描述

原型模式通过复制现有对象来创建新的对象,而无需显式地调用构造函数或暴露对象的创建细节。它使用原型接口来声明克隆方法,所有实现该接口的具类都可以通过复制身来创建新的对象。

原理

原型模式的核心思想是通过克隆现有对象来生成新的对象。具体实现上,可以通过两种方式来实现对象的克隆:浅拷贝和深拷贝。

  • 浅拷贝:将对象的成员变量进行简单拷贝,如拷贝对象的指针,而不是指针指向的数据。这意味原始对象和克隆对象将共享相同的数据实例。
  • 深拷贝:将对象的成员变量进行递归拷贝,包括指针所指向的数据。这样原始对象和克隆对象将完全独立,不共享数据实例。

类图

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示例

假设我们有一个图形接口(Shape其中包含一个克隆方法(clone)。然后,我们实现了两个具体的图形类,分别是矩形(Rectangle)和圆形(Circle),它们都实现了克隆方法。

C++示例代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;

// 图形接口
class Shape {
public:
    virtual Shape* clone() = 0;
    virtual void draw() = 0;
// 矩形类
class Rectangle : public Shape {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int width, int height) : width(width), height(height) {}

    Shape* clone() override {
        return new Rectangle(*this);
    }

    void draw() override {
        cout << "Drawing a rectangle with width " << << " and height " << height << endl;
    }
};

// 圆形类
class Circle : public Shape {
private:
    int radius;

public:
    Circle(int radius) : radius(radius) {}

    Shape* clone() override {
        return new Circle(*this);
        }
       void draw() override {
        cout << "Drawing a circle with radius " << radius << endl;
    }
};

// 使用示例
int main() {
    Shape* originalRectangle = new Rectangle(10, 5);
    Shape* clonedRectangle = originalRectangle->clone();

    Shape* originalCircle = new Circle(7);
    Shape* clonedCircle = originalCircle->clone();

    originalRectangle->draw();
    clonedRectangle->draw();

    originalCircle->draw();
    clonedCircle->draw();

    delete originalRectangle;
    delete clonedRectangle;

    delete originalCircle;
    delete clonedCircle;

    return 0;
}

输出

Drawing a rectangle with width 10 and height 5
Drawing a rectangle with width 10 and height 5
Drawing a circle with radius 7
Drawing a circle with radius 7

解释

在上述示例中,首先定义了图形接口(Shape),其中包含一个克隆方法(clone)和一个绘制方法(draw)。
然后,创建了矩形类(Rectangle)和圆形类(Circle),它们都实现克隆方法和绘制方法。
在克隆方法中,使用“深拷贝”方式来创建新对象,确保原始对象和克隆对象的数据实例独。

在示例中,创建了一个原始矩形对象和一个克隆矩形对象,以及一个原始圆形和一个克隆圆形对象。然后分别调用它们的绘制方法来输出图形的相关信息。

结论

原型模通过复制现有对象来创建新的对象,避免了显式调用构造函数或暴露对象的创建细节。这样可以减少对象的创建开销,并在对象数量大时提高性能。

应用场景

原型模式适用于以下情况:

  1. 当对象的创建过程比较复杂,且需要繁创建对象时,使用原型模式可以提高性能;
  2. 当需要隐藏对象的创建细节时,使用原型模式可以避免暴露构造函数;
  3. 当需要动态地添加或删除对象时,使用原型模式可以简化代码逻辑。

原型模式可以应用于各种场景,如原始对象的初始化开销较大、动态加载对象、对象的保存和恢复等。它通过复制现有对象来创建新的对象,提供了一种灵活的创建方式,同时保留了对象的独立性。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-727443.html

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