实例讲解C++编程中对设计模式中的原型模式的使用

原型模式的实现完整代码示例（code）：原型模式的实现很简单，这里为了方便初学者的学习和参考，将给出完整的实现代码（所有代码采用 C++实现，并在 VC 6.0 下测试运行）。

代码片断 1：Prototype.h

//Prototype.h
#ifndef _PROTOTYPE_H_
#define _PROTOTYPE_H_
class Prototype{
 public:
 virtual ~Prototype();
 virtual Prototype* Clone() const = 0;
 protected:
 Prototype();
 private:
};
class ConcretePrototype:public Prototype{
 public:
 ConcretePrototype();
 ConcretePrototype(const ConcretePrototype& cp);
 ~ConcretePrototype();
 Prototype* Clone() const;
 protected:
 private:
};
#endif //~_PROTOTYPE_H_

代码片断 2：Prototype.cpp

//Prototype.cpp
#include "Prototype.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Prototype::Prototype(){
}
Prototype::~Prototype(){
}
Prototype* Prototype::Clone() const{
 return 0;
}
ConcretePrototype::ConcretePrototype(){
}
ConcretePrototype::~ConcretePrototype(){
}
ConcretePrototype::ConcretePrototype(const ConcretePrototype& cp){
 cout<<"ConcretePrototype copy ..."<<endl;
}
Prototype* ConcretePrototype::Clone() const{
 return new ConcretePrototype(*this);
}

代码片断 3：main.cpp

//main.cpp
#include "Prototype.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[]){
 Prototype* p = new ConcretePrototype();
 Prototype* p1 = p->Clone();
 return 0;
}

代码说明：原型模式的结构和实现都很简单，其关键就是（C++中）拷贝构造函数的实现方式，这也是 C++实现技术层面上的事情。由于在示例代码中不涉及到深层拷贝（主要指有指针、复合对象的情况），因此我们通过编译器提供的默认的拷贝构造函数（按位拷贝）的方式进行实现。说明的是这一切只是为了实现简单起见，也因为本文档的重点不在拷贝构造函数的实现技术，而在原型模式本身的思想。

另一个实例

我们再来看一个具体项目的例子：

namespace Prototype_DesignPattern
{
 using System;

 // Objects which are to work as prototypes must be based on classes which 
 // are derived from the abstract prototype class
 abstract class AbstractPrototype 
 {
  abstract public AbstractPrototype CloneYourself();
 }

 // This is a sample object
 class MyPrototype : AbstractPrototype 
 {
  override public AbstractPrototype CloneYourself()
  {
   return ((AbstractPrototype)MemberwiseClone());
  }
  // lots of other functions go here!
 }

 // This is the client piece of code which instantiate objects
 // based on a prototype. 
 class Demo 
 {
  private AbstractPrototype internalPrototype;

  public void SetPrototype(AbstractPrototype thePrototype)
  {
   internalPrototype = thePrototype;   
  }

  public void SomeImportantOperation()
  {
   // During Some important operation, imagine we need
   // to instantiate an object - but we do not know which. We use
   // the predefined prototype object, and ask it to clone itself. 

   AbstractPrototype x;
   x = internalPrototype.CloneYourself();
   // now we have two instances of the class which as as a prototype
  }
 }

 /// <summary>
 /// Summary description for Client.
 /// </summary>
 public class Client
 {
  public static int Main(string[] args)
  {      
   Demo demo = new Demo();
   MyPrototype clientPrototype = new MyPrototype();
   demo.SetPrototype(clientPrototype);
   demo.SomeImportantOperation();

   return 0;
  }
 }
}

C#对原型模式的支持

在C#里面，我们可以很容易的通过Clone()方法实现原型模式。任何类，只要想支持克隆，必须实现C#中的ICloneable接口。ICloneable接口中有一Clone方法，可以在类中复写实现自定义的克隆方法。克隆的实现方法有两种：浅拷贝（shallow copy）与深拷贝（deep copy）。
浅拷贝与深拷贝

下面给出浅拷贝与深拷贝的两个例子，例子使用了ICloneable接口。C#中的数组是引用型的变量，我们通过数组来进行演示：

浅拷贝：

using System;

class ShallowCopy : ICloneable
{
 public int[] v = {1,2,3};

 public Object Clone()
 {
 return this.MemberwiseClone();
 }

 public void Display()
 {
 foreach(int i in v)
  Console.Write( i + ", ");
 Console.WriteLine();
 }
}

class Client
{
 public static void Main()
 {
 ShallowCopy sc1 = new ShallowCopy();
 ShallowCopy sc2 = (ShallowCopy)sc1.Clone();
 sc1.v[0] = 9;

 sc1.Display();
 sc2.Display();
 }
}

ShallowCopy对象实现了一个浅拷贝，因此当对sc1进行克隆时，其字段v并没有克隆，这导致sc1与sc2的字段v都指向了同一个v，因此，当修改了sc1的v[0]后，sc2的v[0]也发生了变化。

深拷贝：

using System;

class DeepCopy : ICloneable
{
 public int[] v = {1,2,3};

 // 默认构造函数
 public DeepCopy()
 {
 }

 // 供Clone方法调用的私有构造函数
 private DeepCopy(int[] v)
 {
 this.v = (int[])v.Clone();
 }

 public Object Clone()
 {
 // 构造一个新的DeepCopy对象，构造参数为
 // 原有对象中使用的 v 
 return new DeepCopy(this.v);
 }

 public void Display()
 {
 foreach(int i in v)
  Console.Write( i + ", ");
 Console.WriteLine();
 }
}

class Client
{
 public static void Main()
 {
 DeepCopy dc1 = new DeepCopy();
 DeepCopy dc2 = (DeepCopy)dc1.Clone();
 dc1.v[0] = 9;

 dc1.Display();
 dc2.Display();
 }
}

关于原型模式的讨论

原型模式通过复制原型（原型）而获得新对象创建的功能，这里原型本身就是"对象工厂"（因为能够生产对象），实际上原型模式和 Builder 模式、AbstractFactory 模式都是通过一个类（对象实例）来专门负责对象的创建工作（工厂对象），它们之间的区别是： Builder 模式重在复杂对象的一步步创建（并不直接返回对象），AbstractFactory 模式重在产生多个相互依赖类的对象，而原型模式重在从自身复制自己创建新类。