一、说明

原型模式是一种创建型设计模式， 用于创建重复的对象，同时又能保证性能。

使一个原型实例指定了要创建的对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。

(一) 解决问题

主要解决了对象的创建与复制过程中的性能问题。主要针对：复杂对象和相识对象的创建

在某些情况下，直接使用new关键字或者其他方式创建对象可能会导致性能损耗较大，特别是当对象的创建过程比较复杂或者耗时时。

(二) 使用场景

  • 类初始化时需要消耗大量资源，如数据、硬件资源等。通过原型拷贝可以避免这些消耗，提高资源利用率。
  • 创建对象时需要繁琐的数据准备或访问权限。原型模式可以简化对象的创建过程，提高性能。
  • 一个对象需要提供给其他对象访问，并且各个调用者可能需要修改其值。通过保护性拷贝，可以创建多个对象供调用者使用，同时保持原对象的状态不变。

二、结构

  1. 原型（Prototype）：接口将对克隆方法进行声明。在绝大多数情况下，其中只会有一个名为clone克隆的方法。
  2. 具体原型（Concrete Prototype）：类将实现克隆方法。除了将原始对象的数据复制到克隆体中之外，该方法有时还需处理克隆过程中的极端情况，例如克隆关联对象和梳理递归依赖等等。
  3. 客户端（Client）：可以复制实现了原型接口的任何对象。

三、伪代码

#!/usr/bin/env python# -*- coding: UTF-8 -*-__doc__ = """原型模式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。例：通过原型实例克隆多个人的对象，并更新其属性"""import copyclass Prototype:def __init__(self):self._objs = {}def register_object(self, key, obj):self._objs[key] = objdef unregister_object(self, key):del self._objs[key]def clone(self, key, **attrs):obj = copy.deepcopy(self._objs[key])obj.__dict__.update(attrs)return objclass People:def __init__(self, name: str, age: int):self.name = nameself.age = agedef __str__(self):return f"{self.__dict__}"if __name__ == '__main__':"""Original: {'name': '张三', 'age': 20}Clone: {'name': '李四', 'age': 24}"""# 创建原型对象prototype = Prototype()# 创建一个 People 实例并注册为原型对象people = People(name="张三", age=20)prototype.register_object("people", people)# 克隆一个 People 实例people_clone = prototype.clone("people", name="李四", age=24)# 输出原型对象和克隆对象print("Original:", people)print("Clone:", people_clone)

四、优缺点

优点

  • 性能提升：通过复用已有对象，避免了重复的对象创建和初始化过程，从而提高了性能。
  • 简化创建过程：客户端代码无需知道对象创建的细节，只需要调用克隆方法即可。

缺点

  • 复杂度增加：需要实现克隆方法
  • 深拷贝和浅拷贝问题：在实现克隆方法时，需要考虑深拷贝和浅拷贝的问题。浅拷贝只复制对象本身和其中的基本数据类型，而深拷贝会复制对象及其引用的所有对象。如果处理不当，可能会导致对象之间的意外关联或修改。

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