概述

在使用原型模式时，需要首先创建一个原型对象，再通过复制这个原型对象来创建更多同类型的对象。其定义如下：使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过克隆这些原型创建新的对象。原型模式是一种对象创建型模式。

原型模式的工作原理很简单：将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象克隆自己来实现创建过程。由于在软件系统中经常会遇到需要创建多个相同或者相似对象的情况，因此原型模式在真实开发中的使用频率还是非常高的。原型模式是一种“另类”的创建型模式，创建克隆对象的工厂就是原型类自身，工厂方法由克隆方法来实现。

需要注意的是，通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址；通常，对克隆所产生的对象进行的修改不会对原型对象造成任何影响，每一个克隆对象都是相互独立的；通过不同的方式对克隆对象进行修改以后，可以得到一系列相似但不完全相同的对象。

其结构图如下所示：

从图中可以看出其包含如下 3 个角色：

1. Prototype(抽象原型类)：它是声明克隆方法的接口，是所有具体原型类的公共父类，可以是抽象类也可以是接口，甚至还可以是具体实现类。
2. ConcretePrototype(具体原型类)：它实现在抽象原型类中声明的克隆方法，在克隆方法中返回自己的一个克隆对象。
3. Client(客户类)：让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象，在客户类中只需要直接实例化或通过工厂方法等方式创建一个原型对象，再通过调用该对象的克隆方法即可得到多个相同的对象。由于客户类针对抽象原型类Prototype编程，因此用户可以根据需要选择具体原型类，系统具有较好的可扩展性，增加或更换具体原型类都很方便。

通用的克隆实现方法是在具体原型类的克隆方法中实例化一个与自身类型相同的对象并将其返回，并将相关的参数传入新创建的对象中，保证它们的成员变量相同。其相关代码如下：

class ConcretePrototype : public Prototype {
public:
  ConcretePrototype(const ConcretePrototype&) = default;
  void setAttr(const string& str) { this->attr = str; }
  string getAttr() const { return attr; }
  virtual void clone() override {
    // 或者 Prototype* prototype = new Concretetype(this);
    Prototype* prototype = new Concretetype();
    prototype.setAttr(this->attr);
    return prototype;
  }

private:
  string attr;
};

在客户类中，只需要创建一个 ConcretePrototype 对象作为原型对象，然后调用其 clone() 方法即可得到相对应的克隆对象，例如：

Prototype* obj1 = new ConcretePrototype();
obj1->setAttr("Mike");
Prototype* obj2 = obj1->clone();

原型管理器

原型管理器(Prototype Manager) 是将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个用于存储原型的对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得。在原型管理器中针对抽象原型类进行编程，以便扩展。其结构图如下：

其中的原型管理器可以使用单例模式进行创建，确保系统中有且只有一个原型管理器对象，有利于节省系统资源，并更好的对原型管理器对象进行控制。

总结

优点

1. 当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率。
2. 扩展性较好。由于在原型模式中提供了抽象原型类，在客户端可以针对抽象原型类进行编程，而将具体原型类写在配置文件中，增加或减少具体原型类对原有系统都没有任何影响。
3. 原型模式提供了简化的创建结构。工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的工厂等级结构，而原型模式就不需要这样，原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品。

缺点

1. 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则。

适用场景

1. 创建新对象成本较大（例如初始化需要占用较长的时间，占用太多的CPU资源或网络资源)，新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改。
2. 如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占用内存较少时，可以使用原型模式配合备忘录模式（本书第21章介绍）来实现。
3. 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态，通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。

所有代码见 Kohirus-Github