克隆以后我就成了你——探究原型模式
清晰地记得中学生物课本上提到过的克隆羊“多利”，虽然多利寿命不长，但它的出现对“克隆（Clone）”技术意义重大。克隆，直观说就是从原有生物体上取体细胞，然后无性繁殖出有完全相同基因的个体或种群。而本文将要介绍的原型模式，将克隆技术应用到了软件设计层面。
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原型模式简介
原型模式通过复制一个已有对象来获取更多相同或者相似的对象。原型模式定义如下：
使用原型实例指定待创建对象的类型，并且通过复制这个原型阿里创建型的对象。
原型模式的工作原理是将一个原型对象传给要发动穿件的对象（即客户端对象），这个要发动创建的对象通过请求原型对象复制自己来实现创建过程。从工厂方法角度而言，创建新对象的工厂就是原型类自己。软件系统中有些对象的创建过程比较复杂，且有时需要频繁创建，原型模式通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象，这就是原型模式的意图所在。
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原型模式结构
原型式的结构包含以下几个角色：
- 抽象原型类（AbstractPrototype）：声明克隆clone自身的接口
- 具体原型类（ConcretePrototype）：实现clone接口
- 客户端（Client）：客户端中声明一个抽象原型类，根据客户需求clone具体原型类对象实例
原型模式的UML图如下：
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深拷贝与浅拷贝
原型模式可以说是“复制”，即克隆，但这个复制不是代码的复制，而是将对象包含的所有属性都创建一份拷贝。但不同的复制操作，可能会产生两种不同的拷贝，即浅拷贝和深拷贝。
浅拷贝
在浅拷贝中，如果原型对象的成员变量是值类型（如int、double、char等基本数据类型），将复制一份给拷贝对象；如果原型对象的成员变量是引用/指针，则将引用/指针指向的地址拷贝一份给拷贝对象，即原型对象和拷贝对象中的成员变量指向同一个地址。
深拷贝
在深拷贝中，无论原型对象中的成员变量是值类型还是指针/引用类型，都将复制一份给拷贝对象。注意，深拷贝中，指针/引用对象也会被拷贝一份给拷贝对象。
下图举例说明了浅拷贝与深拷贝的区别：
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代码实例
读书时每个周一Jungle都会陷入苦恼，因为作业还没完成。于是Jungle想拿着老哥Single的作业来抄一份。虽然抄袭作业并不好，但是边抄边学借鉴一下也是可以的。于是乎……
作业包含几个部分：姓名（name）、学号（idNum）、模型(workModel)。首先定义一个workModel类：
//work model类
class WorkModel
{
public:
char *modelName;
void setWorkModelName(char *iName){
this->modelName = iName;
}
};该实例UML图如下：
定义原型类和克隆方法
//抽象原型类PrototypeWork
class PrototypeWork
{
public:
PrototypeWork(){}
virtual PrototypeWork *clone() = 0;
private:
};
//具体原型类ConcreteWork
class ConcreteWork :public PrototypeWork
{
public:
ConcreteWork(){}
ConcreteWork(char* iName, int iIdNum, char* modelName){
this->name = iName;
this->idNum = iIdNum;
this->workModel = new WorkModel();
this->workModel->setWorkModelName(modelName);
}
ConcreteWork *clone(){
ConcreteWork *work = new ConcreteWork();
work->setName(this->name);
work->setIdNum(this->idNum);
work->workModel = this->workModel;
return work;
}
void setName(char* iName){
this->name = iName;
}
void setIdNum(int iIdNum){
this->idNum = iIdNum;
}
void setModel(WorkModel *iWorkModel){
this->workModel = iWorkModel;
}
//打印work信息
void printWorkInfo(){
printf("name:%s\t\n", this->name);
printf("idNum:%d\t\n", this->idNum);
printf("modelName:%s\t\n", this->workModel->modelName);
}
private:
char* name;
int idNum;
WorkModel *workModel;
};客户端使用代码示例
4.1.示例一：浅拷贝
#include "PrototypePattern.h"
int main()
{
ConcreteWork *singleWork = new ConcreteWork("Single",1001,"Single_Model");
printf("\nSingle的作业：\n");
singleWork->printWorkInfo();
printf("\njungle直接抄作业……\n");
ConcreteWork *jungleWork = singleWork;
printf("\nJungle的作业：\n");
jungleWork->printWorkInfo();
//抄完改名字和学号，否则会被老师查出来
printf("\njungle抄完改名字和学号，否则会被老师查出来……\n");
jungleWork->setName("jungle");
jungleWork->setIdNum(1002);
WorkModel *jungleModel = new WorkModel();
jungleModel->setWorkModelName("Jungle_Model");
jungleWork->setModel(jungleModel);
//检查下是否改对了
printf("\nSingle的作业：\n");
singleWork->printWorkInfo();
printf("\nJungle的作业：\n");
jungleWork->printWorkInfo();
system("pause");
return 0;
}效果如下图：
显然，这不是我们想要的结果。接下来我们使用clone方法。
4.2.示例二：深拷贝
#include "PrototypePattern.h"
int main()
{
ConcreteWork *singleWork = new ConcreteWork("Single", 1001, "Single_Model");
printf("\nSingle的作业：\n");
ConcreteWork *jungleWork = singleWork->clone();
printf("\nJungle的作业：\n");
//抄完改名字和学号，否则会被老师查出来
printf("\njungle抄完改名字和学号，否则会被老师查出来……\n");
jungleWork->setName("jungle");
jungleWork->setIdNum(1002);
WorkModel *jungleModel = new WorkModel();
jungleModel->setWorkModelName("Jungle_Model");
jungleWork->setModel(jungleModel);
//检查下是否改对了
printf("\nSingle的作业：\n");
singleWork->printWorkInfo();
printf("\nJungle的作业：\n");
jungleWork->printWorkInfo();
system("pause");
return 0;
}效果如下图：
这才是一次完美的抄作业！
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总结
优点：
- 当创建新的对象实例较为复杂时，原型模式可以简化创建过程，提高创建对象的效率；
- 可扩展：模式中提供了抽象原型类，具体原型类可适当扩展；
- 创建结构简单：创建工厂即为原型对象本身
缺点：
- 深克隆代码较为复杂；
- 每一个类都得配备一个clone方法，且该方法位于类的内部，修改时违背开闭原则；
适用环境：
- 当创建新的对象实例较为复杂时，原型模式可以简化创建过程；
- 结合优点第3条，需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少几个的组合状态，通过复制原型对象得到新实例，比通过使用构造函数创建一个新实例会更加方便。
·END·