C++ 模式设计原型模式(深拷贝/克隆)

灰太狼 2022-09-14 09:47 153阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1. 理论知识
 *  2. 逻辑模板代码
 *  3. 应用
 *   *  3.1 应用1: 改写简历
     *  3.2 深浅拷贝的问题 ==\*==
     *  3.3 深拷贝的嵌套使用

思考: 原型模式跟装饰器模式的区别?

本文核心:

WorkExperience* clone(){ 
    	    WorkExperience *w = new WorkExperience();
    	    *w = *this; // 深拷贝一个相同的自己, 注意如果this中有指针, 需要在对这个指针类进行clone方法的实现, 这样层层嵌套, 就实现了整体的深拷贝
    	    return w; // 将当前的this深拷贝给w, 返回
    	}

# 1. 理论知识 #

当遇到需要复制的实例时, 我们就用到了原型模式, 比如打印20份自己的简历, 一个自己的简历类, 然后实例化一个简历A后, 在实例化 B=A, 但是很抱歉, 这里的B=A其实B是A的引用, 并不是真实的实例, 所以需要用到**克隆技术**

**原型模式:** 用原型实例指定创建对象的种类, 并且通过拷贝这些原型创建新的对象; 其实就是从一个对象在创建另外一个可定制的对象, 并且不需要知道创建的任何细节;  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6JC95a2Q5peg5oKUIQ_size_12_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

\*\*使用场景: \*\*  
1、资源优化场景。  
2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。  
3、性能和安全要求的场景。  
4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。  
5、一个对象多个修改者的场景。  
6、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。  
7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。

注意事项：与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。

**原型模式的优缺点**  
原型模式的优点： 底层的二进制实现拷贝，相比起new操作可以节约性能  
原型模式的缺点： 构造函数没有调用，牺牲了灵活性

# 2. 逻辑模板代码 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6JC95a2Q5peg5oKUIQ_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

// 原型模式起始就是从一个对象在创建另一个可定制的对象, 而且不需要知道任何创建细节
    // 原型类
    class Prototype{ 
    private:
        string id;
    public:
        Prototype(string id): id(id){ }
        Prototype() : id("ndy"){ }
        string get(){ 
            return id;
        }
        virtual Prototype* clone() = 0; // 这个方法是关键
    };
    
    // 具体原型类
    class ConcretePrototype_1 : public Prototype{ 
    private:
    
    public:
        ConcretePrototype_1(string id): Prototype(id){ }
        ConcretePrototype_1() { }
        // 相当于实现了深拷贝
        virtual Prototype *clone(){ 
            // 先开辟等量空间
            ConcretePrototype_1 *p = new ConcretePrototype_1();
            *p = *this; // 在将当前类深拷贝给上面空间
            return p;
        }
    };
    
    // 客户端
    int main(int argc, char const *argv[]){ 
        Prototype *p1 = new ConcretePrototype_1("nb");
        Prototype *c1 = p1->clone();
        // ConcretePrototype_1 *p1 = new ConcretePrototype_1("nb");
        // ConcretePrototype_1 *c1 = (ConcretePrototype_1 *)p1->clone();
        cout << c1->get() <<endl; // 输出nb
        delete p1, c1;
    
        return 0;
    }

# 3. 应用 #

## 3.1 应用1: 改写简历 ##

创建一个简历实例A, 在从这个实例A中修改数据变成实例B

// 简历
    class Resume{ 
    private:
        string name, sex, age, timeArea, company;
    public:
        Resume(string name) : name(name){ }
        // 设置个人信息
        void setPersonalInfo(string sex, string age) { 
            this->sex = sex;
            this->age = age;
        }
        // 设置工作经历
        void setWorkExperience(string timeArea, string company){ 
            this->company = company;
            this->timeArea = timeArea;
        }
        // 显示
        void Display(){ 
            cout << "个人信息:" << name << " " << age << " " << sex << " " << timeArea << " " << company <<endl;
        }
        Resume* clone(){ 
            Resume *r = new Resume("");
            *r = *this;
            return r;
        }
    };
    
    // 这里实现了一个功能为除了name不变, 其他的信息可以改变的不同的简历
    // 比如我做了一个简历V1, 然后简历V2是在V1的基础上修改了些信息做的
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
        Resume *nb = new Resume("nb");
        nb->setPersonalInfo("男", "25");
        nb->setWorkExperience("2015-2-2", "tencent");
    
        Resume *b2 = (Resume*) nb->clone();
        b2->setPersonalInfo("女" , "27");
    
        Resume *b3 = (Resume*) b2->clone();
        b3->setWorkExperience("2020-5-5", "baidu");
    
        b2->Display();
        nb->Display();
        b3->Display();
    
        delete nb, b2, b3;
        return 0;
    }

## 3.2 深浅拷贝的问题 \* ##

上面应用遇到一个问题, 当成员变量有指针时, 默认拷贝还是浅拷贝, 比如工作经历如果是一个类, 那么实例指针只会在拷贝的时候拷贝指针, 而不会拷贝实例, 这样拷贝的指针依然指向实例未变, 如果看不懂, 请看下面的例子

// 工作经历类
    class WorkExperience{ 
    private:
        string workDate, company;
    public:
        void set(string workDate, string company){ 
            this->workDate = workDate, this->company = company;
        }
        string get_workDate(){ return this->workDate;}
        string get_company(){ return this->company;}
    };
    
    // 简历
    class Resume{ 
    private:
        string name, sex, age;
        WorkExperience *work = nullptr;
    public:
        Resume(string name) : name(name), work(new WorkExperience()){ }
        // 设置个人信息
        void setPersonalInfo(string sex, string age) { 
            this->sex = sex;
            this->age = age;
        }
        // 设置工作经历
        void setWorkExperience(string timeArea, string company){ 
            work->set(timeArea, company);
        }
        // 显示
        void Display(){ 
            cout << "个人信息:" << name << " " << age <<" " << sex << " " << work->get_workDate() << " " << work->get_company() <<endl;
        }
        Resume* clone(){ 
            Resume *r = new Resume("");
            *r = *this; 
            // 注意: 这里由于work是类, 默认拷贝是引用, 因此这里进行拷贝, 
            // 虽然其他成员变量都是深拷贝, 但是work这个指针也是拷贝了指针, 并没有拷贝指针所指的对象
            return r;
        }
    };
    
    // 这里实现了一个功能为除了name不变, 其他的信息可以改变的不同的简历
    // 比如我做了一个简历V1, 然后简历V2是在V1的基础上修改了些信息做的
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
        Resume *nb = new Resume("nb");
        nb->setPersonalInfo("男", "25");
        nb->setWorkExperience("2015-2-2", "tencent");
    
        Resume *b2 = (Resume*) nb->clone();
        b2->setPersonalInfo("女" , "27");
    
        Resume *b3 = (Resume*) b2->clone();
        b3->setWorkExperience("2020-5-5", "baidu");
    
        b2->Display();
        nb->Display();
        b3->Display();
    
        delete nb, b2, b3;
        return 0;
    }

个人信息:nb 27 女 2020-5-5 baidu
    个人信息:nb 25 男 2020-5-5 baidu
    个人信息:nb 27 女 2020-5-5 baidu

就会发现所有的工作经验都变成最后修改的值了, 这是因为浅拷贝, 无论怎么修改都是在修改第一个实例的工作经验

## 3.3 深拷贝的嵌套使用 ##

在类里面都增加一个clone方法来克隆(深拷贝)对象, 这样就方便了下面使用该类进行深拷贝的操作了

// 工作经历类
    class WorkExperience{ 
    private:
        string workDate, company;
    public:
        void set(string workDate, string company){ 
            this->workDate = workDate, this->company = company;
        }
        string get_workDate(){ return this->workDate;}
        string get_company(){ return this->company;}
    
        WorkExperience* clone(){  // b. 当调用这个方法时, 深拷贝了一个新work
            WorkExperience *w = new WorkExperience();
            *w = *this;
            return w; // 将当前的this深拷贝给w, 返回
        }
    };
    
    // 简历
    class Resume{ 
    private:
        string name, sex, age;
        WorkExperience *work = nullptr;
    public:
        Resume(string name) : name(name), work(new WorkExperience()){ } // a. 第一次创建简历时, 同时创建了工作经历类
        Resume(){ }
        ~Resume(){  // 由于每个resume都对应一个work
            if(work != nullptr){ 
                delete work
            }
        }
        // 设置个人信息
        void setPersonalInfo(string sex, string age) { 
            this->sex = sex;
            this->age = age;
        }
        // 设置工作经历
        void setWorkExperience(string timeArea, string company){ 
            work->set(timeArea, company);
        }
        // 显示
        void Display(){ 
            cout << "个人信息:" << name << " " << age <<" " << sex << " " << work->get_workDate() << " " << work->get_company() <<endl;
        }
        Resume* clone(){ 
            Resume *r = new Resume(); // c. 创建干净的简历时, 此时r->work还是空的
            *r  =  *this;  // 此时r->work已经是this->work的深拷贝了, 但是里面的work指针还是指向this的work实例
            r->work = work->clone(); // 这样就深拷贝了一个新的work给r, 在返回r, 就是全新的了
            return r;
        }
    };
    
    // 这里实现了一个功能为除了name不变, 其他的信息可以改变的不同的简历
    // 比如我做了一个简历V1, 然后简历V2是在V1的基础上修改了些信息做的
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
        Resume *nb = new Resume("nb");
        nb->setPersonalInfo("男", "25");
        nb->setWorkExperience("2015-2-2", "tencent");
    
        Resume *b2 = (Resume*) nb->clone();
        b2->setPersonalInfo("女" , "27");
    
        Resume *b3 = (Resume*) b2->clone();
        b3->setWorkExperience("2020-5-5", "baidu");
    
        b2->Display();
        nb->Display();
        b3->Display();
    
        delete nb, b2, b3;
        return 0;
    }

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6JC95a2Q5peg5oKUIQ_size_12_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/4822a04b81db4996b63a1315cc4bf2fb.png
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