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设计模式—原型模式

原型模式是一种创建型的设计模式,简单的说,就是通过克隆一个已有的对象来获取想要的对象。通过这种方式,一方面使得对象的获得变得简单直接(比如不必再次设置相关属性);一方面实现了良好的封装(使用者对新对象是如何克隆出来的没必要知道);而且在一些编程语言比如Java中,通过重写Object的clone方法,可以更高效的创建新对象(此时的对象克隆生成新对象与普通生成新对象不同,它不执行构造函数,直接对内存进行操作)。

一般将原型模式分为两类,简单的原型模式和有登记的原型模式。有登记的原型模式将原型登记(比如通过在Java中创建一个保存原型的容器),方便多次使用。

以简单的原型模式为例,假设现在有一个白细胞作为原型,对它进行克隆产生更多的白细胞。在使用原型模式时,一般需要构建客户端(提出克隆获得新对象的请求);进行克隆的类的抽象类或接口(使用这个一般是为了能够克隆更多类型的对象,比如这里以细胞作为抽象类,将白细胞,红细胞作为克隆的具体类);具体的克隆类;当采用有登记的原型模式,还额外需要一个进行管理登记的类

代码如下:

//抽象类
abstract class Cell { //先不采用Cloneable接口
    String identity;
    public abstract Cell clone();
}
//具体类
class WhiteCell extends Cell {
    public Cell clone() {
        Cell new_cell = new Cell();
        new_cell.identity = "WhiteCell";
        return new_cell;
    }
    public void say() {
        System.out.println("I am a " + identity);
    }
}
//客户端
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        WhiteCell proto = new WhiteCell();
        WhiteCell new_cell = (WhiteCell)proto.clone();
        new_cell.say(); //output:I am a WhiteCell
    }
}

上述代码其实没有体现更高效的创建对象这一特点,实质还是调用构造函数,只是形式上为克隆。下面借助Java的Cloneable接口重写上面的代码,通过Object的clone方法克隆出新对象。上面已经说到clone方法存在于Object类中,这里实现Cloneable接口是为了告诉虚拟机可以对该类进行安全的克隆。

注意:通过调用Java的clone方法,实现的其实是浅克隆。除了基本类型(及其包装类)与字符串为值的克隆外,对其余的引用类型的克隆其实是对地址的克隆。有时候我们就需要在浅克隆的基础上,手动进行深克隆(Java中许多内置类自带clone方法,可以通过调用原型中引用自带的clone方法并将返回值赋给新对象中对应的引用来实现深克隆)。

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        WhiteCell proto = new WhiteCell("WhiteCell");
        WhiteCell new_cell = (WhiteCell)proto.clone();
        new_cell.say();//output:I am a WhiteCell
    }
}
abstract class Cell implements Cloneable { //采用Cloneable接口
    String identity;
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

class WhiteCell extends Cell {
    WhiteCell(String name) {
        identity  = name;
    }
    public void say() {
        System.out.println("I am a " + identity);
    }
    public Cell clone() throws CloneNotSupportedException {
        //此处可以对new_cell进行一些深克隆的操作,这个例子不需要
        WhiteCell new_cell = (WhiteCell)super.clone();
        return new_cell;
    }
}

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