原型模式
原型模式
原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它允许一个对象再创建另一个可定制的对象，而无需知道如何创建的细节。通常通过复制（克隆）一个已有的实例来创建新的对象。原型模式主要用于创建重复对象时避免重复初始化过程，尤其是创建对象成本高昂或复杂时。
原型模式的特点
- 克隆对象：通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过类构造器。
- 减少复杂对象的创建开销：避免昂贵的创建和初始化过程。
- 动态变化的对象：允许动态创建和配置对象。
原型模式的结构
- 原型（Prototype）：定义了一个接口用于克隆自身。
- 具体原型（Concrete Prototype）：实现克隆自身的操作。
- 客户端（Client）：通过请求原型对象复制自身来创建新的对象。
原型模式的Python实现
以下是原型模式在Python中的实现示例：
1. 定义原型接口和具体原型类
import copy
from abc import ABC, abstractmethod
class Prototype(ABC):
@abstractmethod
def clone(self):
pass
class ConcretePrototype1(Prototype):
def __init__(self, field1, field2):
self.field1 = field1
self.field2 = field2
def clone(self):
return copy.deepcopy(self)
def __str__(self):
return f'ConcretePrototype1(field1={self.field1}, field2={self.field2})'
class ConcretePrototype2(Prototype):
def __init__(self, field1, field2):
self.field1 = field1
self.field2 = field2
def clone(self):
return copy.deepcopy(self)
def __str__(self):
return f'ConcretePrototype2(field1={self.field1}, field2={self.field2})'
2. 客户端代码
if __name__ == "__main__":
prototype1 = ConcretePrototype1("value1", [1, 2, 3])
prototype2 = ConcretePrototype2("value2", {"key": "value"})
# 克隆对象
clone1 = prototype1.clone()
clone2 = prototype2.clone()
# 输出原型和克隆对象
print(f"Original: {prototype1}")
print(f"Clone: {clone1}")
print(f"Original: {prototype2}")
print(f"Clone: {clone2}")
# 验证深度克隆
clone1.field2.append(4)
clone2.field2["key2"] = "value2"
print("\nAfter modifying clones:")
print(f"Original: {prototype1}")
print(f"Clone: {clone1}")
print(f"Original: {prototype2}")
print(f"Clone: {clone2}")
运行结果
Original: ConcretePrototype1(field1=value1, field2=[1, 2, 3])
Clone: ConcretePrototype1(field1=value1, field2=[1, 2, 3])
Original: ConcretePrototype2(field1=value2, field2={'key': 'value'})
Clone: ConcretePrototype2(field1=value2, field2={'key': 'value'})
After modifying clones:
Original: ConcretePrototype1(field1=value1, field2=[1, 2, 3])
Clone: ConcretePrototype1(field1=value1, field2=[1, 2, 3, 4])
Original: ConcretePrototype2(field1=value2, field2={'key': 'value'})
Clone: ConcretePrototype2(field1=value2, field2={'key': 'value', 'key2': 'value2'})
说明
- 原型（Prototype）：定义了一个克隆自身的接口。
- 具体原型（ConcretePrototype1 和 ConcretePrototype2）：实现了克隆自身的操作，通过调用
copy.deepcopy方法来进行深拷贝。 - 客户端（Client）：通过请求具体原型对象复制自身来创建新的对象，并验证克隆对象和原型对象的独立性。
通过原型模式，可以在不暴露创建细节的情况下快速生成对象，尤其适用于对象的创建成本较高或初始化过程复杂的情况。Python的copy.deepcopy函数在实现深度克隆时非常有用，确保了新对象和原型对象之间的完全独立性。