我的設計模式之旅、12 原型模式

来源:https://www.cnblogs.com/linxiaoxu/archive/2022/09/19/16706400.html
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我的設計模式之旅,本節學習原型模式。從複製原有對象出現的兩大問題思考原型模式存在的必要性。探討原型模式的實現方法。 ...


編程旅途是漫長遙遠的,在不同時刻有不同的感悟,本文會一直更新下去。

思考總結

思考問題

如果沒有原型模式,當我們複製複雜對象,在新建相同類的對象,遍歷原始對象中的所有成員變數並將成員變數複製到新對象的過程中會產生什麼問題

  • 並非所有對象都能通過這種方式複製,因為對象可能擁有私有成員變數,它們在對象本身以外是不可見的。

  • 因為你必須知道對象所屬的類才能創建複製品,所以代碼必須依賴該類。有時你只知道對象所實現的介面,而不知道其所屬的具體類,比如可向方法的某個參數傳入實現了某個介面的任何對象。

什麼是原型模式

原型是一種創建型設計模式,使你能夠複製已有對象,而又無需使代碼依賴它們所屬的類。

原型模式:用原型實例指定創建對象的種類,並且通過拷貝這些原型創建新的對象。

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含義:

  • 原型模式將克隆過程委派給被克隆的實際對象。模式為所有支持克隆的對象聲明瞭一個通用介面,該介面讓你能夠克隆對象,同時又無需將代碼和對象所屬類耦合。你甚至可以複製私有成員變數,因為絕大部分編程語言都允許對象訪問其自身的私有成員變數。支持克隆的對象即為原型

何時使用:

  • 如果你需要複製一些對象,同時又希望代碼獨立於這些對象所屬的具體類,可以使用原型模式。通常出現在代碼需要處理第三方代碼通過介面傳遞過來的對象時。即使不考慮代碼耦合的情況,你的代碼也不能依賴這些對象所屬的具體類,因為你不知道它們的具體 信息。
  • 如果子類的區別僅在於其對象的初始化方式,那麼你可以使用該模式來減少子類的數量。別人創建這些子類的目的可能 是為了創建特定類型的對象。
  • 當要實例化的類是在運行時刻指定時,例如,通過動態裝載。
  • 當一個類的實例只能有幾個不同狀態組合中的一種時。建立一系列預生成的、各種類型的對象作為原型並克隆它們可能比每次用合適的狀態手工實例化該類更方便一些。
    • 當你的對象有幾十個成員變數和幾百種類型時,對其進行克隆甚至可以代替子類的構造。創建一系列不同類型的對象並用不同的方式對其進行配置。如果所需對象與預先配置的對象相同,那麼你只需克隆原型即可,無需新建一個對象。

實現方法:

  • 創建原型介面,併在其中聲明克隆方法。如果你已有類層次結構,則只需在其所有類中添加該方法即可。
  • 原型類必須另行定義一個以該類對象為參數的構造函數。構造函數必須複製參數對象中的所有成員變數值到新建實體中。 如果你需要修改子類,則必須調用父類構造函數,讓父類複製其私有成員變數值。
  • 每個類都必須顯式重寫克隆方法並使 用自身類名調用 new 運算符。
  • 你還可以創建一個中心化原型註冊表,用於存儲常用原型。
    • 你可以新建一個工廠類來實現註冊表,或者在原型基類中添加一個獲取原型的靜態方法。該方法必須能夠根據客戶端代 碼設定的條件進行搜索。搜索條件可以是簡單的字元串,或 者是一組複雜的搜索參數。找到合適的原型後,註冊表應對原型進行克隆,並將複製生成的對象返回給客戶端。最後還要將對子類構造函數的直接調用替換為對原型註冊表工廠方法的調用。

應用實例:

  • 細胞分裂

優點:

  • 你可以克隆對象,而無需與它們所屬的具體類相耦合。
  • 你可以克隆預生成原型,避免反覆運行初始化代碼。性能提高。 逃避構造函數的約束。
  • 你可以更方便地生成複雜對象。
  • 你可以用繼承以外的方式來處理複雜對象的不同配置。

缺點:

  • 克隆包含迴圈引用的複雜對象可能會非常麻煩。
  • 必須實現 Cloneable 介面。

使用場景:

  • 資源優化場景。 類初始化需要消化非常多的資源,這個資源包括數據、硬體資源等。 性能和安全要求的場景。
  • 通過 new 產生一個對象需要非常繁瑣的數據準備或訪問許可權,則可以使用原型模式。
  • 一個對象多個修改者的場景。 一個對象需要提供給其他對象訪問,而且各個調用者可能都需要修改其值時,可以考慮使用原型模式拷貝多個對象供調用者使用。
  • 在實際項目中,原型模式很少單獨出現,一般是和工廠方法模式一起出現,通過 clone 的方法創建一個對象,然後由工廠方法提供給調用者。

與其他模式的關係:

  • 原型可用於保存命令的歷史記錄。
  • 大量使用組合和裝飾的設計通常可從對於原型的使用中獲益。 你可以通過該模式來複制複雜結構,而非從零開始重新構造。
  • 原型並不基於繼承,因此沒有繼承的缺點。另一方面,原型需要對被覆制對象進行複雜的初始化。 工廠方法基於繼承, 但是它不需要初始化步驟。
  • 有時候原型可以作為備忘錄的一個簡化版本,其條件是你需要在歷史記錄中存儲的對象的狀態比較簡單,不需要鏈接其 他外部資源,或者鏈接可以方便地重建。
  • 抽象工廠、生成器和原型都可以用單例來實現。

註意事項:原型模式分淺拷貝和深拷貝,在設計原型模式的時候需要著重考慮。

參考資料

  • 《Go語言核心編程》李文塔
  • 《Go語言高級編程》柴樹彬、曹春輝
  • 《大話設計模式》程傑
  • 《深入設計模式》亞歷山大·什韋茨
  • 菜鳥教程

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