第7章 创建型模式—原型模式

1. 原型模式（Prototype pattern）的定义

（1）用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象

　　①通过克隆来创建新的对象实例

　　②新的对象实例复制原型实例属性的值

（2）原型模式的结构和说明

　　①Prototype：声明一个克隆自身的接口，用来约束想要克隆自己的类，要求他们都要实现这里定义的克隆方法。

　　②ConcretePrototype：实现Prototype接口的类，这些类真正实现了隆自身的功能。

　　③Client：使用原型的客户端，首先要获取到原型实例对象，然后通过原型实例的克隆自身来创建新的对象实例。

（3）思考原型模式

　　①原型模型的本质：克隆生成对象

　　②原型模式可以用来解决“只知接口而不知实现的问题”，出现一种“接口造接口”的假象。

　　③原型模式的重心还是在创建新的对象实例。至于创建出来的对象，其属性的值是否一定要和原型对象完全一样，这并没有强制规定，但一般会拷贝成一样的。

　　④通过克隆出来实例是原型实例是两个完全独立的实例，他们之间没有关联。

【编程实验】订单拆分处理

//创建型模式：原型模式
//订单处理：
/*
    功能需求：因每个工作小组的处理能力上限是1000，现要求每当订单预定产品数量超过1000时，
把订单拆分为两份来保存，如果还是超过1000，那就继续拆分，直到不超过1000.
*/
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>

using namespace std;
//*************************辅助类：************************
//定义产品原型的接口，这个产品是为了演示深拷贝
class ProductPrototype
{
public:
    virtual ProductPrototype* clone() = 0;
};

class Product :public ProductPrototype
{
private:
    string productId; //产品编号
    string name;      //产品名称
public:
    string& getName(){return name;}
    void setName(string name){this->name = name;}
    
    string& getProductId(){return productId;}
    void setProductId(string productId){this->productId = productId;}
    
    string toString()
    {
        return "ProductId="+productId+", productName="+name;
    }
    
    //克隆方法
    ProductPrototype* clone()
    {
        //创建一个新的订单，然后把本实例的数据复制过去
        Product* product = new Product();
        product->setProductId(productId);
        product->setName(name);
        
        return product;
    }
};

//*************************订单原型**************************

//订单的接口，声明了可以克隆自身的方法
class OrderApi
{
public:
    virtual string toString() = 0;
    virtual int getOrderProductNum()=0;
    virtual void setOrderProductNum(int num) = 0;
    virtual OrderApi* clone() = 0;    
};

//个人订单对象
class PersonalOrder : public OrderApi
{
private:
    Product* product;
public:
    PersonalOrder():orderProductNum(0){product = NULL;}
    
    string toString()
    {
        ostringstream oss;
        oss << orderProductNum;
        return ("PersonalOrder's Order="+customerName+" "+
                                "productName="+product->getName()+" "+
                                "productId="+product->getProductId()+" "+
                                "OrderNum="+oss.str());
    }
    
    OrderApi* clone()
    {
       PersonalOrder* order = new PersonalOrder();
       order->setName(customerName);
       order->setProduct((Product*)product->clone());//深度克隆
       order->setOrderProductNum(orderProductNum);
       return order; 
    }
    
    int getOrderProductNum()
    {
        return orderProductNum;
    }
    
    void setOrderProductNum(int num)
    {
        orderProductNum = num;
    }
    
    string& getName()
    {
        return customerName;
    }
    
    void setName(string name)
    {
        customerName = name;
    }
    
    Product* getProduct(){return product;}
    void setProduct(Product* product)
    {
        this->product = product;
    }
    
private:
    string customerName;
    string productId;
    int orderProductNum;    
};

//企业订单对象
class EnterpriseOrder : public OrderApi
{
private:
    Product* product;
public:
    EnterpriseOrder():orderProductNum(0){product = NULL;}
    
    string toString()
    {
        ostringstream oss;
        oss << orderProductNum;
        return ("EnterpriseOrder's Order="+enterpriseName+" "
                                "productName="+product->getName()+" "+
                                "productId="+product->getProductId()+" "+
                                "OrderNum="+oss.str());
    }
    
    OrderApi* clone()
    {
       EnterpriseOrder* order = new EnterpriseOrder();
       order->setName(enterpriseName);
       order->setProduct((Product*)product->clone());
       order->setOrderProductNum(orderProductNum);
       return order; 
    }
    
    int getOrderProductNum()
    {
        return orderProductNum;
    }
    
    void setOrderProductNum(int num)
    {
        orderProductNum = num;
    }
    
    string& getName()
    {
        return enterpriseName;
    }
    
    void setName(string name)
    {
        enterpriseName = name;
    }

    Product* getProduct(){return product;}
    void setProduct(Product* product)
    {
        this->product = product;
    }
    
private:
    string enterpriseName;
    string productId;
    int orderProductNum;    
};

//*********************************订单拆分过程********************
//处理订单
class OrderBusiness
{
public:
    //saveOrder传入的是订单接口类型的对象实例，这里只知道
    //订单接口的类型，并不知道其具体类型是个人订单还是企业订单
    
    void saveOrder(OrderApi& order)
    {
        //1：判断当前的预定产品数量是否大于1000
        while(order.getOrderProductNum()> 1000)
        {
            //2.如果大于，还需要继续拆分
           
            //2.1 再新建一份订单，跟传入的订单除了数量不一样外，
            //其他都相同            
            //如果不采用克隆的方式，下面这行是不知道如何new一个
            //对象的，因为order只是个接口，不能直接实例化。而
            //Clone的作用在运行时order这个具体的对象是知道自己的类型的
            //所以可以通过自身克隆出一个新的对象。
            OrderApi* newOrder = order.clone();
            
            //然后进行赋值，产品数量为1000
            newOrder->setOrderProductNum(1000);
            
            //2.2 原来的订单保留，把数量减少1000
            order.setOrderProductNum(order.getOrderProductNum()-1000);
            
            //然后是业务处理功能，省略了，打印输出看一下
            cout << "split order="+newOrder->toString()<<endl;
        }
        
        //3.不超过，那就直接业务功能处理，省略了，打印输出看一下
        cout << "order="+order.toString()<<endl;
    }    
};

int main()
{
    //客户端调用例子
 
    //创建订单对象，这里为了演示简单，直接new了
    PersonalOrder* op = new PersonalOrder();
    //EnterpriseOrder* op = new EnterpriseOrder();
    
    //设置产品
    Product* product = new Product();
    product->setName("Product1");
    product->setProductId("P0001");
  
    //设置订单数据
    op->setProduct(product);   
    op->setOrderProductNum(2925);
    op->setName("SantaClaus");

    
    //这里获取业务处理的类，也直接new了
    OrderBusiness* ob = new OrderBusiness();

    // //调用业务来保存订单对象
    ob->saveOrder(*op);    
    
    return 0;
}

（4）原型模式的主要功能：通过克隆来创建新的对象实例。

　　①原型模式从某种意义上说，是new操作。但只是“类似于new”，而不是“就是new”。因为new一个对象实例，一般属性是没有值或只有默认值；而克隆一个实例，通常与原型对象的属性值是一样的。

　　②原型实例和克隆实例本质上是两个不同的实例，它们之间是没有关联的。即一个实例的属性值发生改变，不会影响另一个实例。

2. 浅度克隆和深度克隆

（1）浅度克隆：只负责克隆按值传递的数值

（2）深度克隆：除了浅度克隆要克隆的值外，还负责克隆指针所指对象的数据。

3. 原型模式的优缺点

（1）优点

　　①对客户端隐藏具体的实现类型：客户端只知道原型接口的类型，从而减少了客户端对这些具体实现类型的依赖。

　　②在运行时动态改变具体的实现类型：原型模式可以在运行期间，由客户来注册符合原型接口的实现类型，也可以动态地改变具体的实现类型。表面看起来接口没有任何变化，但其实运行的己经是另一个类实例了。因为克隆一个原型就类似于实例化一个类。

（2）缺点

　　①每个原型的子类都必须实现clone接口

　　②当原型实例中出现复杂对象时，会递归对克隆其他对象。

　　③当原型内部包括一些不支持拷贝的对象时，可以导致克隆失败。

4.原型模式的使用场景

（1）在创建对象的时候，我们不只是希望被创建的对象继承其基类的基本结构，还希望继承原型对象的数据。

（2）希望对目标对象的修改不影响既有的原型对象（深度克隆的时候可以完全互不影响）。

（3）创建对象时，只知道接口，可以这克隆原型来得到。

（4）需要实例化的类是在运行时刻动态指定时，可以使用原型模式。

5. 原型模式的扩展

（1）需求分析

　　①在很多软件中都一个绘图工具箱，里面有直线、圆形、矩形等绘图工具。每点一次这个工具箱中的工具，则绘制一个相应的图。

　　②在软件实现中，可以先将这些图形生成一个个带有默认大小对象（“绘图工具”），并将他们放入一个叫原型管理器的东西中（类似于工具箱）。以后绘图时，可以从这个管理器中“拖出”（Clone）这些对象，并改变他们的属性值以达到绘图的目的。

（2）原型管理器中各角色

　　①客户（Client）角色：客户端类向原型管理器提出创建对象的请求。

　　②抽象原型（Prototype）角色：这是一个抽象角色，通常由一个接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。

　　③具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

　　④原型管理器（Prototype Manager）角色：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。

【编程实验】“绘图工具箱”的实现

//创建型模式：原型模式
//原型管理器：

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;

//抽象原型角色:Prototype
class DrawPrototype
{
protected:
    //需要绘制的图形名称、高和宽
    string m_DrawName;
    double m_Height;
    double m_Width;
    
public:
    virtual DrawPrototype* clone() = 0; //对原型进行克隆
    
    string& getDrawName(){return m_DrawName;}
    void setDrawName(string drawName){m_DrawName = drawName;}
    
    double getHeight(){return m_Height;}
    void setHeight(double height){m_Height = height;}
    
    double getWidth(){return m_Width;}
    void setWidth(double width){m_Width = width;}    
};

//具体原型角色（ConcretePrototype）
class ConcreteDrawing : public DrawPrototype
{
public:
    DrawPrototype* clone()
    {
        DrawPrototype* ret = new ConcreteDrawing;
        ret->setDrawName(this->getDrawName());
        ret->setHeight(this->getHeight());
        ret->setWidth(this->getWidth());
        
        return ret;      
    }   
    
    //显示自身特性
    void showInfo()
    {
        cout <<"DrawName=" <<m_DrawName << " Height=" << m_Height << 
                " Width=" << m_Width << endl;
    }    
};

//原型管理器角色（PrototypeManager）
class DrawManager
{
    map<string,DrawPrototype*> drawingMap;
public:
    //添加原型到管理器
    void addDrawing(string key,DrawPrototype* dpt)
    {
        drawingMap[key] = dpt;
    }
    
    //获取到对应名字的原供以供克隆副本
    DrawPrototype* getDrawing(string drawName)
    {
        return drawingMap[drawName];
    }    
};


//客户端角度（Client）
int main()
{
    //初始化绘画管理工具
    DrawManager drawManager;
    
    //初始化矩形、圆形、梯形、直线的原型实体以供后面拖出来使用
    
    //矩形
    DrawPrototype* rc = new ConcreteDrawing();
    rc->setDrawName("Rectangle");
    rc->setHeight(100);
    rc->setWidth(100);
    drawManager.addDrawing("Rectangle", rc);
    
    //圆形
    DrawPrototype* cc = new ConcreteDrawing();
    cc->setDrawName("Cricle");
    cc->setHeight(80);
    cc->setWidth(80);
    drawManager.addDrawing("Circle", cc);
    
    //梯形
    DrawPrototype* tz = new ConcreteDrawing();
    tz->setDrawName("Trapezoidal");
    tz->setHeight(50);
    tz->setWidth(50);
    drawManager.addDrawing("Trapezoidal", tz); 

    //直线
    DrawPrototype* ln = new ConcreteDrawing();
    ln->setDrawName("Line");
    ln->setHeight(100);
    ln->setWidth(1);
    drawManager.addDrawing("Line", ln); 

    //调用原型的Clone方法获取浅拷贝对象
    //绘制（拖出）第1个矩形
    ConcreteDrawing* rect1 = (ConcreteDrawing*)drawManager.getDrawing("Rectangle")->clone(); 
    rect1->setHeight(197);
    rect1->showInfo();  
    
    //绘制（拖出）第2个矩形
    ConcreteDrawing* rect2 = (ConcreteDrawing*)drawManager.getDrawing("Rectangle")->clone(); 
    rect2->setWidth(112);
    rect2->showInfo();  

    //绘制（拖出）第3个矩形（默认大小）
    ConcreteDrawing* rect3 = (ConcreteDrawing*)drawManager.getDrawing("Rectangle")->clone(); 
    rect3->showInfo(); 

    //画线
    ConcreteDrawing* line = (ConcreteDrawing*)drawManager.getDrawing("Line")->clone(); 
    line->showInfo();         
    
    return 0;
}