设计模式学习手册（四）（原型模式）

写在前面

书接上文设计模式学习手册（三）（建造者模式）
原型模式简单来说就是复制一个已存在的原型实例，并对其进行必要的修改，来创建新的对象。原型模式通常会有一个clone()方法用于复制对象。
优点：
- 直接复制现有对象，避免了重复的初始化过程，减少开销。
- 可以动态地改变克隆对象的属性，适应不同的需求。
- 无需关心对象的构造细节，通过复制现有实例即可创建新对象。
缺点：
- 会涉及到编程中的一个经典问题：深浅拷贝
- Clone方法位于类的内部，改造的时候需要修改代码，违背了开闭原则；
- 并不是所有对象都适合使用原型模式，尤其是那些具有复杂依赖关系或资源限制的对象

原型模式的简单尝试

先尝试有一种传统的写法，需要不断的创建新的实例，当构造函数涉及到的属性很多后，这种方式就显得效率低下了

class person:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef todict(self):return {"name": self.name, "age": self.age}if __name__ == '__main__':a = person("John", 25)b = person("John", 25)c = person("John", 25)print(a.todict())print(b.todict())print(c.todict())

还有一种写法，直接把a引用所指向的地址赋值给b和c，但要注意，当你修改a的时候，b和c也会同时变化

if __name__ == '__main__':a = person("John", 25)b = ac = aa.name = "Jane"print(a.todict())print(b.todict())print(c.todict())

使用原型模式

import copy# 原型接口
class Prototype:def clone(self):pass# 具体原型类
class ConcretePrototype(Prototype):def __init__(self, name, interests):self.name = nameself.interests = interests  def get_name(self):return self.namedef get_interests(self):return self.interestsdef clone(self):# 使用浅拷贝return copy.copy(self)# 客户端代码
if __name__ == "__main__":prototype1 = ConcretePrototype("jack", ['classical music', 'rock music'])prototype2 = prototype1.clone()print(f"Prototype 1: {prototype1.get_name()}, Items: {prototype1.get_interests()}")print(f"Prototype 2: {prototype2.get_name()}, Items: {prototype2.get_interests()}")

原型模式一般有以下2个组成
- 原型接口：定义一个接口，要求实现该接口的类必须提供一个克隆自身的功能。通常，clone()方法用于复制对象。
- 具体原型类：实现原型接口的类，负责实现具体的克隆逻辑。

原型模式之深拷贝

浅拷贝

在上面的示例代码中，尝试下修改属性

if __name__ == "__main__":prototype1 = ConcretePrototype("jack", ['classical music', 'rock music'])prototype2 = prototype1.clone()# 修改 prototype2 的 interests 属性prototype2.get_interests().append('jazz music')prototype1.name = "jane"print(f"Prototype 1: {prototype1.get_name()}, Items: {prototype1.get_interests()}")print(f"Prototype 2: {prototype2.get_name()}, Items: {prototype2.get_interests()}")# Output:
# Prototype 1: jane, Items: ['classical music', 'rock music', 'jazz music']
# Prototype 2: jack, Items: ['classical music', 'rock music', 'jazz music']

不难发现修改name属性，不会相互影响，但是修改interests属性，prototype1和prototype2都受到了影响。主要原因是：浅拷贝中的元素，只拷贝了表面的一层，因此，如果原对象中包含了引用对象，改变其也会影响拷贝后的对象

深拷贝

只要修改clone函数即可
深度拷贝则会递归地拷贝原对象中的每一个子对象，因此拷贝后的对象和原对象互不相关

import copy# 原型接口
class Prototype:def clone(self):pass# 具体原型类
class ConcretePrototype(Prototype):def __init__(self, name, interests):self.name = nameself.interests = interests  def get_name(self):return self.namedef get_interests(self):return self.interestsdef clone(self):# 使用浅拷贝return copy.deepcopy(self)# 客户端代码
if __name__ == "__main__":prototype1 = ConcretePrototype("jack", ['classical music', 'rock music'])prototype2 = prototype1.clone()# 修改 prototype2 的 interests 属性prototype2.get_interests().append('jazz music')prototype1.name = "jane"print(f"Prototype 1: {prototype1.get_name()}, Items: {prototype1.get_interests()}")print(f"Prototype 2: {prototype2.get_name()}, Items: {prototype2.get_interests()}")# Output:
# Prototype 1: jane, Items: ['classical music', 'rock music']
# Prototype 2: jack, Items: ['classical music', 'rock music', 'jazz music']

原型模式+工厂模式

原型模式实际项目中，使用的场景并不多，但原型模式常常和其他的设计模式混搭着使用，这里就简单写了个demo

import copy# 原型接口
class Prototype:def clone(self):pass# 具体原型类
class ConcretePrototype(Prototype):def __init__(self, name, interests):self.name = nameself.interests = interestsdef get_name(self):return self.namedef get_interests(self):return self.interestsdef clone(self):# 返回一个克隆对象return copy.deepcopy(self)# 工厂类，用于生产对象
class PrototypeFactory:def __init__(self):# 初始化时可以设置多个原型对象self.prototypes = {}def register_prototype(self, name, prototype):""" 注册原型对象 """self.prototypes[name] = prototypedef create_prototype(self, name):""" 根据名字克隆原型对象 """prototype = self.prototypes.get(name)if prototype:return prototype.clone()else:print(f"Prototype {name} not found!")return None# 客户端代码
if __name__ == "__main__":# 创建原型对象prototype1 = ConcretePrototype("jack", ['classical music', 'rock music'])prototype2 = ConcretePrototype("alice", ['jazz music', 'pop music'])# 创建工厂对象并注册原型factory = PrototypeFactory()factory.register_prototype("jackPrototype", prototype1)factory.register_prototype("alicePrototype", prototype2)# 通过工厂创建新的对象cloned_object1 = factory.create_prototype("jackPrototype")cloned_object2 = factory.create_prototype("alicePrototype")# 修改克隆对象的属性cloned_object1.get_interests().append("hip hop")cloned_object2.get_name()  # "alice"# 输出克隆对象的属性print(f"Cloned Object 1: {cloned_object1.get_name()}, Interests: {cloned_object1.get_interests()}")print(f"Cloned Object 2: {cloned_object2.get_name()}, Interests: {cloned_object2.get_interests()}")