概述
与工厂方法模式、抽象工厂模式一样，原型模式也是一种对象创建型模式。它提供了一种创建对象的新方式：通过复制一个已有实例，来创建新的实例。这种方式避免了构造函数的局限性，特别是当对象的创建成本很高或初始化过程比较复杂时。在某些情况下，克隆现有对象可能比直接实例化新对象更高效。
复印机是现实生活中运用原型模式的一个典型例子：当我们有一份纸质文档，并希望快速获得多份副本时，可以使用复印机来复制原始文档。这种方式比重新打印每一份文档要快得多，也更加方便。
基本原理
原型模式的基本原理是：定义一个用于创建对象的接口，该接口允许从现有对象中复制出一个新的对象。这通常涉及到实现一个Clone函数，该函数能够返回当前对象的一个副本。根据对象内部属性是否也被复制，可以分为浅拷贝和深拷贝。
浅拷贝：只复制对象本身，对于对象内部引用的其他对象，则不会递归地复制它们。
深拷贝：不仅复制对象本身，还会完整地复制对象及其引用的所有对象，确保新对象与原对象完全独立。
在实际应用中，通常需要根据具体情况决定使用浅拷贝还是深拷贝。原型模式主要由以下三个核心组件构成。
1、原型。定义一个克隆自身的接口，并声明一个Clone方法，该方法负责创建并返回新对象的副本。
2、具体原型。实现原型接口，提供具体的Clone方法实现，以支持对象的复制。
3、客户端。使用原型接口来创建新的对象实例。
基于上面的核心组件，原型模式的实现主要有以下四个步骤。
1、定义原型接口。创建一个接口或抽象类，声明一个Clone方法，该方法将由具体原型类实现。
2、实现具体原型类。为每一个需要被克隆的对象类型创建一个具体类，该类实现了上述的原型接口，并提供了Clone方法的具体实现。至于是实现浅拷贝还是深拷贝，则由需求决定，或者提供参数供客户端选择。
3、客户端请求克隆。客户端通过原型接口调用Clone方法来创建新对象。客户端不关心对象是如何创建的，它只知道如何请求一个对象的副本。
4、使用新对象。客户端接收并使用新克隆出来的对象，根据需要对其进行修改或调整，而不影响原始的原型对象。
实战解析
在下面的实战代码中，我们使用原型模式模拟了复印机的文档复印过程。
首先，我们定义了一个通用的接口CDocument。该接口包含了两个纯虚函数：Clone用于克隆对象，ShowInfo用于显示对象信息。任何继承自CDocument的类都必须提供这两个方法的具体实现。
CTextDocument和CImageDocument是具体的文档类型，它们实现了CDocument接口。每个类都有自己的私有成员变量来存储特定的信息，以及相应的公有方法来设置和获取这些信息。每个具体文档类都重写了Clone方法，使用new操作符根据当前对象创建一个新的实例。
在main函数中，我们创建了一个CTextDocument实例pOriginalText。通过调用Clone方法，从pOriginalText创建了一个新的文本文档副本pCopiedText，并对副本进行了修改，再调用ShowInfo显示修改后的信息。类似地，对于图像文档也执行了相同的操作：创建、显示、克隆、修改、再次显示。
#include
#include
using namespace std;
// 文档原型接口，定义了克隆方法
class CDocument
{
public:
virtual ~CDocument() {}
virtual CDocument* Clone() const = 0;
virtual void ShowInfo() const = 0;
};
// 文本文档的具体实现类
class CTextDocument : public CDocument
{
public:
CTextDocument(const string& strContent) : m_strContent(strContent) {}
CDocument* Clone() const override
{
return new CTextDocument(*this);
}
void SetContent(const string& strContent)
{
m_strContent = strContent;
}
void ShowInfo() const override
{
cout << "Text Document: " << m_strContent << endl;
}
private:
string m_strContent;
};
// 图像文档的具体实现类
class CImageDocument : public CDocument
{
public:
CImageDocument(const string& strImageName) : m_strImageName(strImageName) {}
CDocument* Clone() const override
{
return new CImageDocument(*this);
}
void SetImageName(const string& strName)
{
m_strImageName = strName;
}
void ShowInfo() const override
{
cout << "Image Document: " << m_strImageName << endl private: string m_strimagename int main cdocument poriginaltext='new' ctextdocumentoriginal text content poriginaltext->ShowInfo();
// 克隆文本文档
CDocument* pCopiedText = pOriginalText->Clone();
static_cast(pCopiedText)->SetContent("Copied text content");
pCopiedText->ShowInfo();
// 创建一个图像文档原型
CDocument* pOriginalImage = new CImageDocument("Original_image.jpg");
pOriginalImage->ShowInfo();
// 克隆图像文档
CDocument* pCopiedImage = pOriginalImage->Clone();
static_cast(pCopiedImage)->SetImageName("Copied_image.jpg");
pCopiedImage->ShowInfo();
// 清理内存
delete pOriginalText;
delete pCopiedText;
delete pOriginalImage;
delete pCopiedImage;
return 0;
} 总结
原型模式减少了需要为每个具体类型创建子类的需求，只需要定义一个或几个原型对象，然后根据需要克隆这些对象。对于那些初始化成本高或构造函数参数复杂的情况，使用克隆的方式创建新对象可能比直接调用构造函数更高效，特别是当对象创建涉及大量资源分配或耗时操作时。
但为了正确地克隆对象，通常需要了解对象的内部结构，这可能导致违反封装原则。此外，如果类的结构发生变化，则可能需要相应地调整Clone方法。如果频繁地克隆大量对象，则可能会导致内存使用量显著增加。因此，在考虑性能和资源管理时，需谨慎评估是否适合使用原型模式。