C++11 设计模式5. 原型模式

什么是原型模式？

        原型模式⼀种创建型设计模式，该模式的核⼼思想是基于现有的对象创建新的对象，⽽不是从头开始创建。在原型模式中，通常有⼀个原型对象，它被⽤作创建新对象的模板。新对象通过复制原型对象的属性和状态来创建，⽽⽆需知道具体的创建细节。

Prototype模式说简单点，就是提供了一个clone, 通过已存在对象进行新对象创建。clone（）实现和具体的实现语言相关，在C++中我们通过拷贝构造函数实现。

那为啥要写clone的接口来实现这个目的呢？直接使用拷贝构造不香么，知乎中看到陈硕大佬对此的一个回答，觉得豁然开朗。

Prototype 的意义在于，你拿到一个 基类指针 Base* ，
它指向某个 派生类 Derived 对象，
你想克隆出 Derived对象，但代码中不写出 Derived 的具体类型，
因为有很多派生类，这种情况下你用构造函数是搞不定的。
switch-case 是 bad smells 。
另外，这里考虑 virtual 的性能损失是主次不分，
构造对象需要分配内存，这开销比一次虚函数调用大多了。
–陈硕在知乎中的回答

复习拷贝构造函数实现

在学习原型模式之前，我们先来看一下C++中深拷贝和先拷贝问题

UML 

两种角色：

1. prototype(抽象原型类) Monster类

2. ConcretePrototype 具体原型类：在clone方法中 return一个自己的对象

        M_undead,M_Element,M_Mechanic

那么什么时候才能使用这个原型对象呢？

我们以 魔兽争霸 这款游戏中的 分身系英雄为例，当 剑圣 出镜像的时候，5狗齐飞，分身斧，这些道具或者技能使用的时候，分裂出来的这些英雄都应该有当前英雄的这些属性，然后将属性微调就可以，例如，分身的攻击力只有原先的30%，受到伤害是原先的150%。就可以用 原型模型。

这里的核心是 魔兽争霸的英雄 属性太多了，还有6个框框的物品栏，分裂的瞬间，都要将这些属性拷贝过去。--也就是说：

如果对象的内部数据比较复杂多变，并且在创建对象的时候希望爆出对象的当前状态，那么用原型模式显然比用工厂方法模式更合适

工厂方法模式和原型模式在创建对象时的异同点

a。都不需要程序员知道所创建对象所属的类名

b.工厂方法模式中的createMonster仍旧属于根据类名来生成新对象

c 原型模式clone是根据现有对象来生成新对象，会调用 copy构造方法 。 

d 原型模型不像工厂模式，不需要额外的等级结构创建多个工厂类 

原型模式的优缺点：

如果创建新对象的背部数据比较复杂且多变，原型模式创建对象的效率可能高的多

需要在clone中完成对象的拷贝，特别是深拷贝和浅拷贝问题，但是一般都调用 copy构造方法

当前copy构造函数中也可以调用 operator= 的重写。

这样也可以使用 "= " 完成拷贝

原型模式和直接 M_undead(m_undead1) 有啥区别？

既然原型模式的 也是调用  copy构造函数，那么直接用 如下的代码不就行了吗？为啥还弄个原型模式？

M_undead m_undead2 = M_undead(m_undead1)

1. C++才有 copy构造，java ，C#并没有，设计模式是独立于变成 语言存在的，因此原型模式的存在是有意义的。

2.你拿到一个 基类指针 Base* ，
它指向某个 派生类 Derived 对象，
你想克隆出 Derived对象，但代码中不写出 Derived 的具体类型，
因为有很多派生类，这种情况下你用构造函数是搞不定的。
switch-case 是 bad smells 。

代码

在代码中还复习了 移动构造函数，和 移动operator=运算符的重写。

// 原型模型//原型模式⼀种创建型设计模式，
//该模式的核⼼思想是基于现有的对象创建新的对象，
//⽽不是从头开始创建。在原型模式中，通常有⼀个原型对象，
//它被⽤作创建新对象的模板。
//新对象通过复制原型对象的属性和状态来创建，⽽⽆需知道具体的创建细节。
//
//Prototype模式说简单点，就是提供了一个clone, 
//通过已存在对象进行新对象创建。
//clone（）实现和具体的实现语言相关，
//在C++中我们通过拷贝构造函数实现。
//
//那为啥要写clone的接口来实现这个目的呢？
//直接使用拷贝构造不香么？
//
//Prototype 的意义在于，你拿到一个 基类指针 Base* ，
//它指向某个 派生类 Derived 对象，
//你想克隆出 Derived对象，但代码中不写出 Derived 的具体类型，
//因为有很多派生类，这种情况下你用构造函数是搞不定的。
//switch - case 是 bad smells 。
//另外，这里考虑 virtual 的性能损失是主次不分，
//构造对象需要分配内存，这开销比一次虚函数调用大多了。//
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include "stdlib.h"
#include "stdio.h"
#include "stdint.h"
using namespace std;//在学习原型模式之前，需要先复习一下 C++ 的 深拷贝浅拷贝问题。
//涉及到的知识点：拷贝构造函数，重写赋值运算符函数，移动构造函数，重写移动赋值运算符函数class Teacher
{
public:Teacher() = default;//=default  表示C++编译器给无参数的构造方法生成函数体//有参数的构造方法Teacher(int age,string sname,char* name,char *othername,char **stuname):_age(age),_sname(sname), _othername(othername),_stuname(stuname){cout << "Teacher 有参数的构造方法被调用" << endl;strcpy(_name, name);}//拷贝构造函数 正常的写法//Teacher(const Teacher& obj) {//	this->_age = obj._age;//	strcpy(_name, obj._name);//	this->_sname = obj._sname;//	//	//如果原先的othername不为nullptr，则先要将原先的othername delete掉。实际代码中//	if (this->_othername!= nullptr) {//		delete this->_othername;//		this->_othername = nullptr;//	}//	if (this->_stuname != nullptr) {//		for (int i = 0; i < 5; i++)//		{//			delete this->_stuname[i];//			this->_stuname[i] = nullptr;//		}//		delete this->_stuname;//		this->_stuname = nullptr;//		//delete [] this->_stuname;//	}//	if (obj._othername != nullptr) {//		int othernamelen = strlen(obj._othername) + 1;//		this->_othername = (char *)malloc(sizeof(char) * othernamelen);//		strcpy(this->_othername,obj._othername);//	}//	if (obj._stuname != nullptr) {//		this->_stuname = (char **)malloc(sizeof(char *) * 5);//		for (int i = 0; i < 5; i++)//		{//			if (obj._stuname[i] != nullptr) {//				int stunamelen = strlen(obj._stuname[i]) + 1;//				this->_stuname[i] = (char *)malloc(sizeof(char *) *stunamelen);//				strcpy(this->_stuname[i],obj._stuname[i]);//			}//		}//	}//}//拷贝构造函数Teacher(const Teacher& obj) {cout << "Teacher 拷贝构造函数被调用" << endl;*this = obj;}//operator = 函数 重写Teacher& operator=( const Teacher & obj) {cout << "Teacher 赋值运算符函数被调用" << endl;this->_age = obj._age;strcpy(_name, obj._name);this->_sname = obj._sname;//如果原先的othername不为nullptr，则先要将原先的othername delete掉。实际代码中if (this->_othername != nullptr) {free( this->_othername);this->_othername = nullptr;}if (this->_stuname != nullptr) {for (int i = 0; i < 5; i++){free( this->_stuname[i]);this->_stuname[i] = nullptr;}free( this->_stuname);this->_stuname = nullptr;//delete [] this->_stuname;}if (obj._othername != nullptr) {int othernamelen = strlen(obj._othername) + 1;this->_othername = (char *)malloc(sizeof(char) * othernamelen);strcpy(this->_othername, obj._othername);}if (obj._stuname != nullptr) {this->_stuname = (char **)malloc(sizeof(char *) * 5);for (int i = 0; i < 5; i++){if (obj._stuname[i] != nullptr) {int stunamelen = strlen(obj._stuname[i]) + 1;this->_stuname[i] = (char *)malloc(sizeof(char *) *stunamelen);strcpy(this->_stuname[i], obj._stuname[i]);}}}return *this;}//移动拷贝函数Teacher( Teacher &&obj) {cout << "Teacher 移动构造函数被调用" << endl;*this = move(obj);}//移动赋值运算符 重写Teacher& operator=(Teacher && obj) {cout << "Teacher 移动赋值运算符 被调用" << endl;this->_age = obj._age;strcpy(_name, obj._name);this->_sname = obj._sname;//如果原先的othername不为nullptr，则先要将原先的othername delete掉。实际代码中if (this->_othername != nullptr) {free( this->_othername);this->_othername = nullptr;}if (this->_stuname != nullptr) {for (int i = 0; i < 5; i++){free( this->_stuname[i]);this->_stuname[i] = nullptr;}free( this->_stuname);this->_stuname = nullptr;//delete [] this->_stuname;}if (obj._othername != nullptr) {int othernamelen = strlen(obj._othername) + 1;this->_othername = (char *)malloc(sizeof(char) * othernamelen);strcpy(this->_othername, obj._othername);}if (obj._stuname != nullptr) {this->_stuname = (char **)malloc(sizeof(char *) * 5);for (int i = 0; i < 5; i++){if (obj._stuname[i] != nullptr) {int stunamelen = strlen(obj._stuname[i]) + 1;this->_stuname[i] = (char *)malloc(sizeof(char *) *stunamelen);strcpy(this->_stuname[i], obj._stuname[i]);}}}//if (obj._othername != nullptr) {free(obj._othername);obj._othername = nullptr;}if (obj._stuname!=nullptr) {for (int i = 0; i < 5; i++){if (obj._stuname[i] !=nullptr) {free( obj._stuname[i]);obj._stuname[i] = nullptr;}}free( obj._stuname);obj._stuname = nullptr;}return *this;}// 写一个clone函数，内部调用 拷贝构造方法，Teacher* clone() {return new Teacher(*this);}~Teacher() {if (this->_othername != nullptr) {free(this->_othername);this->_othername = nullptr;}if (this->_stuname != nullptr) {for (int i = 0; i < 5; i++){free(this->_stuname[i]);this->_stuname[i] = nullptr;}free(this->_stuname);this->_stuname = nullptr;//delete [] this->_stuname;}}
public:int _age = 0 ;string _sname = "";char _name[128] = {0};char *_othername = nullptr;char **_stuname = nullptr;
};
void printTea(Teacher *tea) {if (tea == NULL) {return;}printf("------ printTea start ------\n");printf("tea->age = %d,tea->name = %s,tea->othername=%s\n",tea->_age,tea->_name,tea->_othername);for (size_t j = 0; j < 5; j++){printf("tea->stuname[%d] = %s,  ",j, tea->_stuname[j]);}printf("\n");printf("------ printTea end ------\n");}
int main()
{_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);//程序退出时检测内存泄漏并显示到“输出”窗口std::cout << "Hello World!\n";Teacher tea;tea._age = 10;strcpy(tea._name, "tea---name");tea._sname = "teasname";tea._othername = (char *)malloc(sizeof(char) * 128);memset(tea._othername,0,sizeof(char) * 128);strcpy(tea._othername, "teaothername");tea._stuname = (char**)malloc(sizeof(char *) * 5);memset(tea._stuname, 0, sizeof(char *) * 5);for (int i = 0; i < 5; i++){tea._stuname[i] = (char *)malloc(sizeof(char) * 128);memset(tea._stuname[i], 0, sizeof(char) * 128);sprintf(tea._stuname[i], "teastuname%d", i + 100);}printTea(&tea);cout << "---------" << endl;Teacher tea1 = tea;printTea(&tea1);cout << "----1111111111-----" << endl;Teacher tea2 ;tea2 = tea;printTea(&tea2);cout << "----2222222222-----" << endl;Teacher tea3 = move(tea);printTea(&tea3);cout << "----333333333-----" << endl;Teacher tea4;tea4 = move(tea3);printTea(&tea4);// 原型模式Teacher.clone方法的调用Teacher *tea5 = tea4.clone();printTea(tea5);delete tea5;//这里有些Teacher 的 析构函数，因此delete 会调用析构函数，
}

继承中的代码

namespace _nmsp2
{//怪物父类class Monster{public://构造函数Monster(int life, int magic, int attack) :m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack) {}virtual ~Monster() {} //做父类时虚构函数应该为虚函数public:virtual Monster* clone() = 0; //具体的实现在子类中进行//public://	void setlife(int tmplife)//	{//		m_life = tmplife;//	}protected: //可能被子类访问的成员，所以用protected修饰//public://怪物属性int m_life;  //生命值int m_magic; //魔法值int m_attack;  //攻击力};//亡灵类怪物class M_Undead :public Monster{public://构造函数M_Undead(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack){cout << "一只亡灵类怪物来到了这个世界" << endl;}//拷贝构造函数//..........留给大家自己写virtual Monster* clone(){//return new M_Undead(300, 50, 80); //创建亡灵类怪物return new M_Undead(*this); //触发拷贝构造函数的调用来创建亡灵类怪物/*Monster * pmonster = new M_Undead(300, 50, 80); //创建亡灵类怪物//pmonster->m_life = m_life;pmonster->setlife(m_life);pmonster->m_magic = m_magic;pmonster->m_attack = m_attack;return pmonster;*/}//...其他代码略};//元素类怪物class M_Element :public Monster{public://构造函数M_Element(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack){cout << "一只元素类怪物来到了这个世界" << endl;}//拷贝构造函数M_Element(const M_Element& tmpobj) :Monster(tmpobj) //初始化列表中注意对父类子对象的初始化{cout << "调用了M_Element::M_Element(const M_Element& tmpobj)拷贝构造函数创建了一只元素类怪物" << endl;}virtual Monster* clone(){//return new M_Element(200, 80, 100); //创建元素类怪物return new M_Element(*this);}//...其他代码略};//机械类怪物class M_Mechanic :public Monster{public://构造函数M_Mechanic(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack){cout << "一只机械类怪物来到了这个世界" << endl;}//拷贝构造函数M_Mechanic(const M_Mechanic& tmpobj) :Monster(tmpobj) //初始化列表中注意对父类子对象的初始化{cout << "调用了M_Mechanic::M_Mechanic(const M_Mechanic& tmpobj)拷贝构造函数创建了一只机械类怪物" << endl;}virtual Monster* clone(){//return new M_Mechanic(400, 0, 110); //创建机械类怪物return new M_Mechanic(*this);}//...其他代码略};//全局的用于创建怪物对象的函数/*void Gbl_CreateMonster2(Monster* pMonster){Monster* ptmpobj = nullptr;if (dynamic_cast<M_Undead*>(pMonster) != nullptr){ptmpobj = new M_Undead(300, 50, 80); //创建亡灵类怪物}else if (dynamic_cast<M_Element*>(pMonster) != nullptr){ptmpobj = new M_Element(200,80, 100); //创建元素类怪物}else if (dynamic_cast<M_Mechanic*>(pMonster) != nullptr){ptmpobj = new M_Mechanic(400, 0, 110); //创建机械类怪物}if (ptmpobj != nullptr){//这里就可以针对ptmpobj对象实现各种业务逻辑//......//不要忘记释放资源delete ptmpobj;}}*/void Gbl_CreateMonster2(Monster* pMonster){Monster* ptmpobj = pMonster->clone(); //根据已有对象直接创建新对象，不需要知道已有对象所属的类型//这里就可以针对ptmpobj对象实现各种业务逻辑//......//不要忘记释放资源delete ptmpobj;}
}

调用

	_nmsp2::M_Mechanic myPropMecMonster(400, 0, 110); //创建一只机械类怪物对象作为原型对象以用于克隆目的_nmsp2::Monster* pmyPropEleMonster = new _nmsp2::M_Element(200, 80, 100); //创建一只元素类怪物对象作为原型对象以用于克隆目的，//这里可以直接new，也可以通过工厂模式创建原型对象，取决于程序员自己的洗好。//....._nmsp2::Monster* p_CloneObj1 = myPropMecMonster.clone(); //使用原型对象克隆出新的机械类怪物对象_nmsp2::Monster* p_CloneObj2 = pmyPropEleMonster->clone(); //使用原型对象克隆出新的元素类怪物对象_nmsp2::Monster* p_CloneObj3 = new _nmsp2::M_Mechanic(myPropMecMonster);//可以对p_CloneObj1、p_CloneObj2所指向的对象进行各种操作（实现具体的业务逻辑）//......//释放资源//释放克隆出来的怪物对象delete p_CloneObj1;delete p_CloneObj2;//释放原型对象（堆中的）delete pmyPropEleMonster;_nmsp2::Monster* pMonsterObj = new _nmsp2::M_Element(200, 80, 100);_nmsp2::Gbl_CreateMonster2(pMonsterObj);delete pMonsterObj;

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