Шаблон "Прототип": Клонирование объектов в программировании
Prototype pattern
Шаблон "Прототип" в программировании: создание объектов клонированием, избегая затратных операций и наследования. Реализация через абстрактный класс и метод клонирования.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Шаблон "Прототип" — это порождающий шаблон проектирования в разработке программного обеспечения. Он используется, когда типы создаваемых объектов определяются прототипическим экземпляром, который клонируется для получения новых объектов. Этот шаблон позволяет избежать использования подклассов создателя объектов в клиентском приложении, как это делает шаблон "Фабричный метод", и избежать затрат, связанных со стандартным созданием нового объекта (например, с использованием ключевого слова "new"), когда это оказывается недопустимо дорого для конкретного приложения. Для реализации шаблона клиент объявляет абстрактный базовый класс, определяющий чистый виртуальный метод клонирования. Любой класс, которому требуется возможность "полиморфного конструктора", наследуется от этого абстрактного базового класса и реализует операцию клонирования. Вместо написания кода, вызывающего оператор "new" для жестко заданного имени класса, клиент вызывает метод клонирования на прототипе, вызывает фабричный метод с параметром, указывающим желаемый конкретный производный класс, или вызывает метод клонирования через механизм, предоставляемый другим шаблоном проектирования. Митотическое деление клетки, приводящее к образованию двух идентичных клеток, является примером прототипа, активно участвующего в самокопировании и, таким образом, демонстрирующего шаблон "Прототип". При делении клетки образуются две клетки с идентичным генотипом. Иными словами, клетка клонирует себя.
The prototype pattern is a creational design pattern in software development. It is used when the types of objects to create is determined by a prototypical instance, which is cloned to produce new objects. This pattern is used to avoid subclasses of an object creator in the client application, like the factory method pattern does, and to avoid the inherent cost of creating a new object in the standard way (e. g., using the 'new' keyword) when it is prohibitively expensive for a given application. To implement the pattern, the client declares an abstract base class that specifies a pure virtual clone method. Any class that needs a "polymorphic constructor" capability derives itself from the abstract base class, and implements the clone operation. The client, instead of writing code that invokes the "new" operator on a hard coded class name, calls the clone method on the prototype, calls a factory method with a parameter designating the particular concrete derived class desired, or invokes the clone method through some mechanism provided by another design pattern. The mitotic division of a cell — resulting in two identical cells — is an example of a prototype that plays an active role in copying itself and thus, demonstrates the Prototype pattern. When a cell splits, two cells of identical genotype result. In other words, the cell clones itself.
Правила поведения
Иногда паттерны создания пересекаются — в некоторых случаях уместно использовать как прототип, так и абстрактную фабрику. В других случаях они дополняют друг друга: абстрактная фабрика может хранить набор прототипов, которые можно клонировать и возвращать как объекты-продукты. Абстрактная фабрика, строитель и прототип могут использовать синглтон в своих реализациях. Классы абстрактных фабрик часто реализуются с помощью фабричных методов (создание через наследование), но их также можно реализовать с использованием прототипа (создание через делегирование). Часто проектирование начинается с использования фабричного метода (менее сложный, более настраиваемый, с увеличением количества подклассов) и эволюционирует к абстрактной фабрике, прототипу или строителю (более гибкий, более сложный) по мере того, как разработчик определяет, где требуется большая гибкость. Прототип не требует создания подклассов, но требует операции "инициализации". Фабричный метод требует создания подклассов, но не требует инициализации. Проекты, активно использующие композитный и декоратор, часто также могут выиграть от использования прототипа. Общее правило в программировании заключается в использовании метода клонирования при создании дубликата объекта во время выполнения, чтобы гарантировать его точное соответствие исходному объекту. Этот процесс, известный как клонирование объектов, создает новый объект с идентичными атрибутами исходного объекта. В качестве альтернативы, создание экземпляра класса с помощью оператора `new` генерирует объект со значениями атрибутов по умолчанию. Например, при разработке системы управления банковскими операциями может потребоваться дублировать объект, содержащий информацию о счете, для проведения транзакций с сохранением исходных данных. В таких сценариях предпочтительнее использовать метод клонирования, чем создавать новый экземпляр объекта с помощью `new`.
Sometimes creational patterns overlap—there are cases when either prototype or abstract factory would be appropriate. At other times, they complement each other: abstract factory might store a set of prototypes from which to clone and return product objects. Abstract factory, builder, and prototype can use singleton in their implementations. Abstract factory classes are often implemented with factory methods (creation through inheritance), but they can be implemented using prototype (creation through delegation). Often, designs start out using Factory Method (less complicated, more customizable, subclasses proliferate) and evolve toward abstract factory, prototype, or builder (more flexible, more complex) as the designer discovers where more flexibility is needed. Prototype does not require subclassing, but it does require an "initialize" operation. Factory method requires subclassing, but does not require initialization. Designs that make heavy use of the composite and decorator patterns often can benefit from Prototype as well. A general guideline in programming suggests using the clone method when creating a duplicate object during runtime to ensure it accurately reflects the original object. This process, known as object cloning, produces a new object with identical attributes to the one being cloned. Alternatively, instantiating a class using the new keyword generates an object with default attribute values. For instance, in the context of designing a system for managing bank account transactions, it may be necessary to duplicate the object containing account information to conduct transactions while preserving the original data. In such scenarios, employing the clone method is preferable over using new to instantiate a new object.
Пример C++
В Аннотациях C++ представлено обсуждение шаблона проектирования и полный пример реализации с использованием полиморфного дизайна классов.
Discussion of the design pattern along with a complete illustrative example implementation using polymorphic class design are provided in the C++ Annotations.