C++原型模式应用 对象克隆实现方法

原型模式通过克隆现有对象创建新对象，避免重复初始化。1. 定义含纯虚clone函数的基类，实现多态克隆；2. 派生类重写clone，用拷贝构造返回堆上副本；3. 用智能指针管理clone返回对象，防止内存泄漏；4. 根据需要实现深拷贝或浅拷贝，含指针成员时需手动深拷贝。该模式适用于创建大量相似对象，提升性能与灵活性，关键在于正确实现clone接口与内存管理。

在C++中，原型模式（prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它通过复制已有对象来创建新对象，而不是通过 new 关键字重新构造。这种方式可以避免重复复杂的初始化过程，提高性能并增强代码的灵活性。实现对象克隆的关键在于定义一个能够返回自身副本的接口，通常通过虚函数 clone() 实现。

1. 基本克隆接口设计

为了支持多态克隆，需要在基类中声明一个纯虚的 clone 函数，返回指向基类的指针。这样派生类可以重写该函数，返回自己的副本。

class Prototype {
  public:
    virtual ~Prototype() = default;
    virtual Prototype* clone() const = 0;
};

所有具体原型类都应继承此接口并实现 clone 方法。

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2. 具体类的克隆实现

每个具体类需提供自己的拷贝构造函数或赋值操作，并在 clone 中使用 new 创建堆对象。这是实现深拷贝的关键。

class ConcretePrototype : public Prototype {
  private:
    int value;
    std::String data;
  public:
    ConcretePrototype(int v, const std::string& d) : value(v), data(d) {}
    ConcretePrototype(const ConcretePrototype& other) = default; // 使用默认拷贝构造

    Prototype* clone() const override {
      return new ConcretePrototype(*this); // 调用拷贝构造函数
    }
};

这里 clone() 使用 *this 调用拷贝构造函数，确保对象完整复制。若包含指针成员，需手动实现深拷贝逻辑。

3. 管理克隆对象的生命周期

由于 clone 返回的是 new 出来的对象，调用者必须负责释放内存，否则会造成泄漏。推荐使用智能指针管理。

使用 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr 包装 clone 返回值。

std::unique_ptr obj1 = std::make_unique(42, “test”);
std::unique_ptr obj2 = std::unique_ptr(obj1->clone());

这样可以自动释放资源，避免手动 delete。

4. 支持深拷贝与浅拷贝的选择

克隆是否为深拷贝取决于类内部实现。若类含有原始指针，必须在拷贝构造函数中分配新内存。

例如：
  int* ptr;
在 clone 中应：
  ptr = new int(*other.ptr); // 深拷贝

否则多个对象共享同一块内存，修改会影响彼此。使用标准容器（如 vector、string）可自动处理深拷贝。

基本上就这些。原型模式在需要大量相似对象时特别有用，比如对象配置复杂但差异小的情况。关键是实现可靠的 clone 接口，并注意内存安全。不复杂但容易忽略细节。