4.設計模式之二：原型模式【建立型模式】

在有些系統中，存在大量相同或類似對象的建立問題，若是用傳統的構造函數來建立對象，會比較複雜且耗時耗資源，用原型模式生成對象就很高效，就像孫悟空拔下猴毛輕輕一吹就變出不少孫悟空同樣簡單。

定義與特色

原型（Prototype）模式的定義以下：用一個已經建立的實例做爲原型，經過複製該原型對象來建立一個和原型相同或類似的新對象。

在這裏，原型實例指定了要建立的對象的種類。用這種方式建立對象很是高效，根本無須知道對象建立的細節。

例如，Windows 操做系統的安裝一般較耗時，若是複製就快了不少。在生活中複製的例子很是多，這裏不一一列舉了。

結構與實現

模式的結構

原型模式包含如下主要角色。

1. 抽象原型類：規定了具體原型對象必須實現的接口。
2. 具體原型類：實現抽象原型類的 clone() 方法，它是可被複制的對象。
3. 訪問類：使用具體原型類中的 clone() 方法來複制新的對象。

模式的實現

from copy import copy, deepcopy
class Prototype(object):
    '''抽象原型類'''
    def clone(self):
        # 淺拷貝
        pass

    def deep_clone(self):
        # 深拷貝
        pass

class Realizetype(Prototype):
    '''具體原型類'''
    cls_s = [[1, 2, 3], 4, 5, 6]
    def __init__(self):
        self.s = [[1, 2, 3], 4, 5, 6]
        print("具體原型類實例化成功！")

    def clone(self):
        print("具體原型類潛複製成功！")
        return copy(self)

    def deep_clone(self):
        print("具體原型類深複製成功！")
        return deepcopy(self)

if __name__ == '__main__':
    rt = Realizetype()
    copy_rt = rt.clone()
    deep_copy_rt = rt.deep_clone()
    
    rt.s[0][1] = 10
    rt.cls_s[0][1] = 10
    print(rt.s, copy_rt.s, deep_copy_rt.s)
    print(rt.cls_s, copy_rt.cls_s, deep_copy_rt.cls_s)

具體原型類實例化成功！
具體原型類潛複製成功！
具體原型類深複製成功！
[[1, 10, 3], 4, 5, 6] [[1, 10, 3], 4, 5, 6] [[1, 2, 3], 4, 5, 6]
[[1, 10, 3], 4, 5, 6] [[1, 10, 3], 4, 5, 6] [[1, 10, 3], 4, 5, 6]

從結果中能夠發現，潛複製中可變元素中嵌套有可變元素，一旦嵌套中的可變元素髮生變化，潛複製的值也會發生變化，即原來的[1，2, 3]變成了[1, 10, 3]。

可是類屬性卻會跟着變化，由於類屬性只屬於類，不屬於實例。注意這種差別只有在可變元素中發生。

【例1】用原型模式生成「三好學生」獎狀

分析：同一學校的「三好學生」獎狀除了獲獎人姓名不一樣，其餘都相同，屬於類似對象的複製，一樣能夠用原型模式建立，而後再作簡單修改就能夠了。圖 4 所示是三好學生獎狀生成器的結構圖。

from copy import copy
class Prototype(object):
    def clone(self):
        pass

class Citation(Prototype):
    def __init__(self, name, info, college):
        self.__name = name
        self.__info = info
        self.__college = college
        print("獎狀建立成功！")

    def clone(self):
        return copy(self)

    @property
    def name(self):
        return self.__name

    @name.setter
    def name(self, name):
        self.__name = name

    @property
    def info(self):
        return self.__info

    @info.setter
    def info(self, info):
        self.__info = info

    @property
    def college(self):
        return self.__college

    @college.setter
    def college(self, college):
        self.__college = college

    def show(self):
        print(self.__name, self.__info, self.__college)

if __name__ == '__main__':
    st1 = Citation("zhang", "三好學生", "南京大學")
    st2 = st1.clone()
    st2.name = "wang"
    st2.college = "北京大學"
    st1.show()
    st2.show()

獎狀建立成功！
zhang 三好學生 南京大學
wang 三好學生 北京大學

應用場景

原型模式一般適用於如下場景。

• 對象之間相同或類似，即只是個別的幾個屬性不一樣的時候。
• 對象的建立過程比較麻煩，但複製比較簡單的時候。

原型模式的擴展

原型模式可擴展爲帶原型管理器的原型模式，它在原型模式的基礎上增長了一個原型管理器 PrototypeManager 類。該類用 HashMap 保存多個複製的原型，Client 類能夠經過管理器的 get(String id) 方法從中獲取複製的原型。其結構圖如圖所示。

【例2】用帶原型管理器的原型模式來生成包含「圓」和「正方形」等圖形的原型，並計算其面積。

分析：本實例中因爲存在不一樣的圖形類，例如，「圓」和「正方形」，它們計算面積的方法不同，因此須要用一個原型管理器來管理它們，圖所示是其結構圖。