建立類設計模式（5種）——原型模式

一、圖層

大家如果用過類似於Photoshop的平面設計軟體，一定都知道圖層的概念。圖層概念的提出，使得設計、圖形修改等操作更加便利。設計師既可以修改和繪製當前影象物件，又可以保留其它影象物件，邏輯清晰，且可以及時得到反饋。本節內容，將以圖層為主角，介紹原型模式。
首先，設計一個圖層物件。

class simpleLayer:
    background=[0,0,0,0]
    content="blank"
    def getContent(self):
        return self.content
    def getBackgroud(self):
        return self.background
    def paint(self,painting):
        self.content=painting
    def setParent(self,p):
        self.background[3]=p
    def fillBackground(self,back):
        self.background=back
 

在實際的實現中，圖層實現會很複雜，這裡僅介紹相關的設計模式，做了比較大的抽象，用background表示背景的RGBA，簡單用content表示內容，除了直接繪畫，還可以設定透明度。
新建圖層，填充藍底並畫一隻狗，可以簡單表示如下：

if  __name__=="__main__":
    dog_layer=simpleLayer()
    dog_layer.paint("Dog")
    dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])
    print "Background:",dog_layer.getBackgroud()
    print "Painting:",dog_layer.getContent()
 

列印如下：
Background: [0, 0, 255, 0]
Painting: Dog

接下來，如果需要再生成一個同樣的圖層，再填充同樣的顏色，再畫一隻同樣狗，該如何做呢？還是按照新建圖層、填充背景、畫的順序麼？或許你已經發現了，這裡可以用複製的方法來實現，而複製（clone）這個動作，就是原型模式的精髓了。
按照此思路，在圖層類中新加入兩個方法：clone和deep_clone

from copy import copy, deepcopy
class simpleLayer:
    background=[0,0,0,0]
    content="blank"
    def getContent(self):
        return self.content
    def getBackgroud(self):
        return self.background
    def paint(self,painting):
        self.content=painting
    def setParent(self,p):
        self.background[3]=p
    def fillBackground(self,back):
        self.background=back
    def clone(self):
        return copy(self)
    def deep_clone(self):
        return deepcopy(self)
if  __name__=="__main__":
    dog_layer=simpleLayer()
    dog_layer.paint("Dog")
    dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])
    print "Background:",dog_layer.getBackgroud()
    print "Painting:",dog_layer.getContent()
    another_dog_layer=dog_layer.clone()
    print "Background:", another_dog_layer.getBackgroud()
    print "Painting:", another_dog_layer.getContent()
 

列印結果如下：
Background: [0, 0, 255, 0]
Painting: Dog
Background: [0, 0, 255, 0]
Painting: Dog
clone和deep_clone有什麼區別呢？大多數程式語言中，都會涉及到深拷貝和淺拷貝的問題，一般來說，淺拷貝會拷貝物件內容及其內容的引用或者子物件的引用，但不會拷貝引用的內容和子物件本身；而深拷貝不僅拷貝了物件和內容的引用，也會拷貝引用的內容。所以，一般深拷貝比淺拷貝複製得更加完全，但也更佔資源（包括時間和空間資源）。舉個例子，下面的場景，可以說明深拷貝和淺拷貝的區別。

if  __name__=="__main__":
    dog_layer=simpleLayer()
    dog_layer.paint("Dog")
    dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])
    print "Original Background:",dog_layer.getBackgroud()
    print "Original Painting:",dog_layer.getContent()
    another_dog_layer=dog_layer.clone()
    another_dog_layer.setParent(128)
    another_dog_layer.paint("Puppy")
    print "Original Background:", dog_layer.getBackgroud()
    print "Original Painting:", dog_layer.getContent()
    print "Copy Background:", another_dog_layer.getBackgroud()
    print "Copy Painting:", another_dog_layer.getContent()

列印如下：
Original Background: [0, 0, 255, 0]
Original Painting: Dog
Original Background: [0, 0, 255, 128]
Original Painting: Dog
Copy Background: [0, 0, 255, 128]
Copy Painting: Puppy

淺拷貝後，直接對拷貝後引用（這裡的陣列）進行操作，原始物件中該引用的內容也會變動。如果將another_dog_layer=dog_layer.clone()換成another_dog_layer=dog_layer.deep_clone()，即把淺拷貝換成深拷貝，其如果如下：

Original Background: [0, 0, 255, 0]
Original Painting: Dog
Original Background: [0, 0, 255, 0]
Original Painting: Dog
Copy Background: [0, 0, 255, 128]
Copy Painting: Puppy

深拷貝後，其物件內的引用內容也被進行了複製。

二、原型模式

原型模式定義如下：用原型例項指定建立物件的種類，並且通過複製這些原型建立新的物件。
需要注意一點的是，進行clone操作後，新物件的建構函式沒有被二次執行，新物件的內容是從記憶體裡直接拷貝的。

三、原型模式的優點和使用場景

優點：

1、效能極佳，直接拷貝比在記憶體裡直接新建例項節省不少的資源；
2、簡化物件建立，同時避免了建構函式的約束，不受建構函式的限制直接複製物件，是優點，也有隱患，這一點還是需要多留意一些。

使用場景：

1、物件在修改過後，需要複製多份的場景。如本例和其它一些涉及到複製、貼上的場景；
2、需要優化資源的情況。如，需要在記憶體中建立非常多的例項，可以通過原型模式來減少資源消耗。此時，原型模式與工廠模式配合起來，不管在邏輯上還是結構上，都會達到不錯的效果；
3、某些重複性的複雜工作不需要多次進行。如對於一個裝置的訪問許可權，多個物件不用各申請一遍許可權，由一個裝置申請後，通過原型模式將許可權交給可信賴的物件，既可以提升效率，又可以節約資源。