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设计模式之美 -- 原型模式

编程日记 2024-04-09 19:00:00

文章目录

- - - 1. 解决问题
    - 2. 应用场景
    - 3. 实现方式
    - - C++实现
      - C语言实现
    - 4. 缺点
    - 5. 和其他三种创建模式的对比（单例，工厂，建造者）

1. 解决问题

如果对象的创建成本较大，而同一个类的不同对象之间的差别不大（大部分字段相同），在这种情况下，我们可以利用已有对象（原型）进行赋值（拷贝）的方式，创建新的对象，从而达到节省对象创建时间的目的。

2. 应用场景

需要在运行过程中，动态的拷贝一份对象
需要某个对象在某个状态下的副本
处理一些简单对象时，对象之间的差别很小，且重建代价比较大
使用对象时，如果对象的构造参数很多，自己又不能完全确定参数含义，这个时候使用该模式就可以省去了解参数的过程，直接使用原型模式获得同样的对象即可

3. 实现方式

浅拷贝：只会复制对象中基本数据类型数据和引用对象的内存地址，不会递归的复制引用对象，以及引用对象的引用对象。浅拷贝存在数据被修改的风险，会导致场景变得复杂多变。

深拷贝：得到一份完完全全的独立对象，深拷贝比起浅拷贝更加耗时，耗内存。深拷贝更加安全，拷贝出来的独立的对象不影响其他的对象。

C++实现

实现功能：一个简单的原型模式，clon成员函数用来创建当前类的实例。

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <unistd.h>using namespace std;class Create_Prototype{
public:Create_Prototype():value(6){m_time = time((time_t*)NULL);	}Create_Prototype(Create_Prototype &cp){//普通的拷贝构造，仅仅拷贝当前对象的基本数据类型的数据和引用对象的内存地址。（浅拷贝）this -> value=cp.value;this -> m_time = time((time_t*)NULL);}int get_value(){ return this -> value;}Create_Prototype *clon(){return new Create_Prototype(*this);//使用的是new的方式，会分配新的对象空间（深拷贝）}time_t m_time;int value;
};int main()
{Create_Prototype *object = new Create_Prototype();cout <<"value is :" << object->value << " time is : " << object->m_time <<endl;sleep(3);/*原型模式创建对象 -- 深拷贝*/Create_Prototype *cp_object = object->clon();/*普通的拷贝构造 -- 浅拷贝*///Create_Prototype *cp_object = object; //最后的输出会出现异常cout <<"value is :" << cp_object->value << " time is : " << cp_object->m_time <<endl;cout << "obj address is: " << object << " value address is : " << &(object->value) << endl;cout << "cp_obj address is: " << cp_object << " value address is : " <<&(cp_object->value) << endl;delete object;delete cp_object;return 0;
}

执行输出如下：

浅拷贝会抛出异常(可以看到如下输出，两个对象指向同一块内存地址，最终该内存区域会释放两次，导致异常)

value is :6 time is : 1587708400
value is :6 time is : 1587708400
obj address is: 0x1eb7010 value address is : 0x1eb7018
cp_obj address is: 0x1eb7010 value address is : 0x1eb7018
*** Error in `./a.out': double free or corruption (fasttop): 0x0000000001eb7010 ***

深拷贝（原型模式创建的对象）正常输出，且每个对象有自己独立的内存地址

value is :6 time is : 1587708436
value is :6 time is : 1587708439
obj address is: 0x14b8010 value address is : 0x14b8018
cp_obj address is: 0x14b8030 value address is : 0x14b8038

C语言实现

实现功能：

动态复制一个osd信息结构

1、带有copy功能的 copy函数指针
2、copy函数实现

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>typedef struct OSD_INFO{int osd_id;int osd_type;char osd_name[16];struct OSD_INFO *(*copy)(struct OSD_INFO *);//copy函数指针
}Osd_Info;/*可以使用该原型操作，消耗很短的时间来构造大量的同类型的对象*/
struct OSD_INFO *copy_osd_info(struct OSD_INFO *osd_info)
{struct OSD_INFO *tmp_osd_info = (struct OSD_INFO *)malloc(sizeof(struct OSD_INFO));if (tmp_osd_info == NULL){return NULL;}memmove(tmp_osd_info,osd_info,sizeof(struct OSD_INFO));return tmp_osd_info;
}int main()
{struct OSD_INFO osd_info = {0};struct OSD_INFO *other_osd = NULL;osd_info.osd_id = 1;osd_info.osd_type = 0;strcpy(osd_info.osd_name,"osd.1");osd_info.copy = copy_osd_info;other_osd = osd_info.copy(&osd_info);//原型模式 构造一个新的结构体变量printf("osd id is:%d\n",other_osd->osd_id);printf("osd type is:%d\n",other_osd->osd_type);printf("osd name is:%s\n",other_osd->osd_name);if(other_osd != NULL){free(other_osd);}return 0;
}

输出如下:

osd id is:1
osd type is:0
osd name is:osd.1

4. 缺点

在有继承相关的类图中，每个子类都需要实现一个clon函数，如果是新类则只需扩展接口，但已有的类则需修改内部源码，违反开闭原则
实现深拷贝的时候，如果初始化成员列表较多，则实现会比较复杂

5. 和其他三种创建模式的对比（单例，工厂，建造者）

单例模式：

在特定模式下（日志系统），一个类仅允许创建一个实例

工厂模式：

创建拥有相关性的不同对象（继承同一父类或者接口的子类），由给定的参数来决定创建哪一种类的对象

建造者模式：

创建一种类型的复杂对象，通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。

原型模式：

快速创建对象，针对部分实例化成本较大的类，且该类需要频繁实例化时使用原型模式更为格式。

https://www.dkcj.cn/info/4434.html

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