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原型模式（Prototype Pattern）

原型模式是一种创建型设计模式，它允许你通过复制现有对象来创建新的对象，而不是通过类实例化来创建对象。这种模式在开发时需要大量类似对象的情况下非常有用。原型模式的核心是一个具有克隆方法的接口，通过实现该接口，不同的对象可以被复制。

实际应用

在C++中，原型模式通常使用一个基类（原型接口）和具体实现类来实现。基类包含一个纯虚拟的克隆方法，每个具体类实现该方法以返回自己的克隆。

克隆形状对象

假设我们有一个`Shape`基类和一些具体的形状类，如`Circle`和`Rectangle`。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <unordered_map>// Shape基类，包含一个纯虚拟的克隆方法
class Shape {
public:virtual ~Shape() = default;virtual std::unique_ptr<Shape> clone() const = 0;virtual void draw() const = 0;
};// Circle类，继承自Shape并实现克隆方法
class Circle : public Shape {
private:int radius;
public:Circle(int r) : radius(r) {}std::unique_ptr<Shape> clone() const override {return std::make_unique<Circle>(*this);}void draw() const override {std::cout << "Drawing a Circle with radius " << radius << "\n";}
};// Rectangle类，继承自Shape并实现克隆方法
class Rectangle : public Shape {
private:int width, height;
public:Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}std::unique_ptr<Shape> clone() const override {return std::make_unique<Rectangle>(*this);}void draw() const override {std::cout << "Drawing a Rectangle with width " << width << " and height " << height << "\n";}
};int main() {// 创建原型对象std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<Shape>> prototypes;prototypes["circle"] = std::make_unique<Circle>(10);prototypes["rectangle"] = std::make_unique<Rectangle>(20, 30);// 克隆对象std::unique_ptr<Shape> shape1 = prototypes["circle"]->clone();std::unique_ptr<Shape> shape2 = prototypes["rectangle"]->clone();// 绘制克隆的对象shape1->draw();shape2->draw();return 0;
}

克隆计算机对象

假设我们有一个`Computer`基类和一些具体的计算机类，如`Laptop`和`Desktop`。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <unordered_map>// Computer基类，包含一个纯虚拟的克隆方法
class Computer {
public:virtual ~Computer() = default;virtual std::unique_ptr<Computer> clone() const = 0;virtual void display() const = 0;
};// Laptop类，继承自Computer并实现克隆方法
class Laptop : public Computer {
private:int batteryLife;
public:Laptop(int battery) : batteryLife(battery) {}std::unique_ptr<Computer> clone() const override {return std::make_unique<Laptop>(*this);}void display() const override {std::cout << "Displaying a Laptop with battery life " << batteryLife << " hours\n";}
};// Desktop类，继承自Computer并实现克隆方法
class Desktop : public Computer {
private:bool hasMonitor;
public:Desktop(bool monitor) : hasMonitor(monitor) {}std::unique_ptr<Computer> clone() const override {return std::make_unique<Desktop>(*this);}void display() const override {std::cout << "Displaying a Desktop " << (hasMonitor ? "with" : "without") << " monitor\n";}
};int main() {// 创建原型对象std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<Computer>> prototypes;prototypes["laptop"] = std::make_unique<Laptop>(8);prototypes["desktop"] = std::make_unique<Desktop>(true);// 克隆对象std::unique_ptr<Computer> comp1 = prototypes["laptop"]->clone();std::unique_ptr<Computer> comp2 = prototypes["desktop"]->clone();// 显示克隆的对象comp1->display();comp2->display();return 0;
}

克隆文档对象

假设我们有一个`Document`基类和一些具体的文档类，如`WordDocument`和`PDFDocument`。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <unordered_map>// Document基类，包含一个纯虚拟的克隆方法
class Document {
public:virtual ~Document() = default;virtual std::unique_ptr<Document> clone() const = 0;virtual void print() const = 0;
};// WordDocument类，继承自Document并实现克隆方法
class WordDocument : public Document {
private:int wordCount;
public:WordDocument(int words) : wordCount(words) {}std::unique_ptr<Document> clone() const override {return std::make_unique<WordDocument>(*this);}void print() const override {std::cout << "Printing a Word Document with word count " << wordCount << "\n";}
};// PDFDocument类，继承自Document并实现克隆方法
class PDFDocument : public Document {
private:int pageCount;
public:PDFDocument(int pages) : pageCount(pages) {}std::unique_ptr<Document> clone() const override {return std::make_unique<PDFDocument>(*this);}void print() const override {std::cout << "Printing a PDF Document with page count " << pageCount << "\n";}
};int main() {// 创建原型对象std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<Document>> prototypes;prototypes["word"] = std::make_unique<WordDocument>(5000);prototypes["pdf"] = std::make_unique<PDFDocument>(100);// 克隆对象std::unique_ptr<Document> doc1 = prototypes["word"]->clone();std::unique_ptr<Document> doc2 = prototypes["pdf"]->clone();// 打印克隆的对象doc1->print();doc2->print();return 0;
}

总结

每个原型类实现自己的克隆方法，从而确保了对象的正确复制。