2.1模式动机
在有些系统中，存在大量相同或相似对象的创建问题，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效，就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。
图1
再举一个最简单的例子来说明原型模式：记得上小学的时候，老师把需要做的课外习题写到黑板上，而下面的我们都要把这些题抄写到自己的本子上，回家做好，第二天交上来，也就是每道题，全班50个人，每个人都要抄写一遍。按照现在的时间理论来说，就是浪费了50个人的时间。但是，那个时候条件限制，老师也是不得已而为之。现在好了，老师做一份电子版的习题，打印一份，然后拿着这份打印的原版，就可以复制出50份。
老师打印出来的那一份，就是“原型”，而复制出来的那50份，就是使用的“拷贝”。而原型模式就是这么简单的一个道理，通过现有的东西，再复制出一个来。
好了，接下来，我们正式进入理论部分。
2.2模式的定义与特点
《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中是这样说的：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。
原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多，这里不一一列举了。
原型模式说白了其实就是有一个把自己拷贝一下的方法。该模式很好理解，该模式独特地方不是类与类之间的关系，更多的是从语义上理解，只是实现了一个接口而已。
2.3模式的结构与实现
2.3.1模式的结构
原型模式包含以下主要角色。
抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
其结构图如图 2所示。
图2原型模式的结构图
由于克隆需要一个原型，而上面的类图中Prototype就这个原型，Prototype定义了克隆自身的Clone接口，由派生类进行实现，而实现原型模式的重点就在于这个Clone接口的实现。ConcretePrototype1类和ConcretePrototype2类继承自Prototype类，并实现Clone接口，实现克隆自身的操作；同时，在ConcretePrototype1类和ConcretePrototype2类中需要重写默认的复制构造函数，供Clone函数调用，Clone就是通过在内部调用重写的复制构造函数实现的。在后续的编码过程中，如果某个类需要实现Clone功能，就只需要继承Prototype类，然后重写自己的默认复制构造函数就好了。好比在C#、Java等于语言中就提供了clone接口，当某个类需要实现原型模式时，只需要实现这个接口的道理是一样的。不管用什么面向对象的语言，思想都是一样的。我们在这里学的是思想。
2.3.2模式的实现
/**Includes*********************************************************************/
#include <iostream>
/**namespace********************************************************************/
using namespace std;
//接口
class Prototype
{
public:
Prototype(){}
virtual ~Prototype(){}
virtual Prototype *Clone()=0;
};
//实现
class ConcretePrototype_1 : public Prototype
{
public :
ConcretePrototype_1():m_counter(1){}
//拷贝构造函数
ConcretePrototype_1( int counter)
{
this->m_counter = counter;
}
//复制自身
virtual Prototype * Clone()
{
//调用拷贝构造函数
return new ConcretePrototype_1(*this );
}
void Show()
{
cout << this->m_counter << endl;
}
virtual ~ConcretePrototype_1(){}
private :
int m_counter;
};
//实现
class ConcretePrototype_2 : public Prototype
{
public :
ConcretePrototype_2():m_counter(2){}
//拷贝构造函数
ConcretePrototype_2(int counter)
{
m_counter = counter;
}
//复制自身
virtual Prototype * Clone()
{
//调用拷贝构造函数
return new ConcretePrototype_2 (*this );
}
void Show()
{
cout << this->m_counter << endl;
}
virtual ~ConcretePrototype_2(){}
private :
int m_counter;
};
/**
* @brief 主函数
* @param argc
argv
* @retval None
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
ConcretePrototype_1 * p1 = new ConcretePrototype_1();
ConcretePrototype_2 * p2 = (ConcretePrototype_2 *)(p1->Clone());
p1->Show();
p2->Show();
delete p1;
delete p2;
return 0;
}
结果如下所示：
上述代码实现了一个最简单的原型模式，但是已经将原型模式的基本实现原理展现出来了。而有的时候，当调用Clone获得了一个复制的对象以后，需要改变对象的状态，此时就可能需要在ConcretePrototype类中添加一个Initialize操作，专门用于初始化克隆对象。由于在Clone的内部调用的是复制构造函数，而此处又涉及到深复制和浅复制的问题。所以，在实际操作的过程中，这些问题，都需要进行仔细的考虑。
2.4模式的应用场景
原型模式和建造者模式、工厂方法模式一样，都属于创建型模式的一种。简单的来说，我们使用原型模式，就是为了创建对象。但是，在以下场景下，使用原型模式是最好的选择：
- 当我们的对象类型不是开始就能确定的，而这个类型是在运行期确定的话，那么我们通过这个类型的对象克隆出一个新的对象比较容易一些；
- 有的时候，我们需要一个对象在某个状态下的副本，此时，我们使用原型模式是最好的选择；例如：一个对象，经过一段处理之后，其内部的状态发生了变化；这个时候，我们需要一个这个状态的副本，如果直接new一个新的对象的话，但是它的状态是不对的，此时，可以使用原型模式，将原来的对象拷贝一个出来，这个对象就和之前的对象是完全一致的了；
- 当我们处理一些比较简单的对象时，并且对象之间的区别很小，可能就几个属性不同而已，那么就可以使用原型模式来完成，省去了创建对象时的麻烦了；
- 有的时候，创建对象时，构造函数的参数很多，而自己又不完全的知道每个参数的意义，就可以使用原型模式来创建一个新的对象，不必去理会创建的过程，让创建过程见鬼去吧。
所以，在上述的的情况下，在设计的时候，适当的考虑一下原型模式，减少对应的工作量，减少程序的复杂度，提高效率。
2.5模式的扩展
原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型，Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。其结构图如图3所示。
图3带原型管理器的原型模式的结构图
2.6总结
工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式和原型模式都是创建型模式。工厂方法模式适用于生产较复杂，一个工厂生产单一的一种产品的时候；抽象工厂模式适用于一个工厂生产多个相互依赖的产品；建造者模式着重于复杂对象的一步一步创建，组装产品的过程，并在创建的过程中，可以控制每一个简单对象的创建；原型模式则更强调的是从自身复制自己，创建要给和自己一模一样的对象。
原型模式作为创建型模式中最特殊的一个模式，具体的创建过程，是由对象本身提供，这样我们在很多的场景下可以很方便的快速的构建新的对象。但是，原型模式的最大缺点是继承原型的子类都要实现Clone操作，这个是很困难的。例如，当所考虑的类已经存在时就难以新增Clone操作。当内部包括一些不支持拷贝或者有循环引用的对象时，实现克隆可能也会很困难。说以说，每一种设计模式都有它的优点和缺点，在设计的时候，我们需要进行权衡各方面的因素，扬长避短。
