創建型--克隆模式

什麼是克隆模式

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克隆模式： 也稱之爲 原型模式，顧名思義，就是創建一個實例對象的副本。創建副本的過程中，分爲淺副本 和 深副本兩種情況。

• 淺副本： 淺副本與原對象的某些屬性共用一片內存接口，這是一種引用操作；
• 深副本： 深副本的所有屬性內存與原對象的所有屬性接口不一樣，深副本的數據拷貝自原對象；

具體區別如下所示：

什麼時候使用淺副本：如果資源有限（例如嵌入式系統）或者性能至關重要（例如高性能計算），使用淺複製 會更好，它可以實現數據共享、減少克隆對象的創建時間；
什麼時候使用深副本：我們需要一個對象的完整副本。

爲什麼不選擇重新創建一個實例對象，而選擇克隆模式

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• 如果重新創建一個實例對象，我們得到的只是一個原始狀態的實例對象；
• 克隆模式獲取的是當前狀態下實例對象的副本；
• 兩者操作獲取的實例對象的狀態信息是不一樣的。

克隆模式的應用場景

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• 當我們已有一個對象，並希望創建該對象的一個完整副本時，原型模式就派上用場了；
• 當我們想複製一個複雜對象時，使用原型模式會很方便；避免了重新創建對象，並對數據庫進行多次查詢操作；

克隆模式的例子

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例子1：深度複製：deepcopy函數

Python 有專門的庫函數來實現深度複製，例如：copy.deepcopy()

import copy

class A:
    def __init__(self):
        self.x = 18
        self.msg = 'Hello'

class B(A):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.y = 34

    def __str__(self):
        return '{}, {}, {}'.format(self.x, self.msg, self.y)

if __name__ == '__main__':
    b = B()
    c = copy.deepcopy(b)
    print([str(i) for i in (b, c)]) # 打印屬性數據
    print([i for i in (b, c)]) # 打印實例地址

輸出的結果：

['18, Hello, 34', '18, Hello, 34']
[<__main__.B object at 0x7f4764bdbcf8>, <__main__.B object at 0x7f4764bdbda0>]

例子2：克隆書籍

假設某本書第一版的信息包括：書名，作者，價格等。現在要對該書進行再版，新版和舊版之間絕大部分的信息都是一樣的。一個很好的辦法就是對第一版的信息進行克隆，在副本的基礎之上進行修改。

定義書籍類

在下述代碼中，Book類展示了一種有趣的技術可避免可伸縮構造器問題。在 __init__() 方法中，僅有三個形參是固定的： name、 authors、price，但是使用 rest 變長列表，調用者能以關鍵詞的形式（名稱=值）傳入更多的參數。 self.__dict__.update(rest) 一行將 rest 的內容添加到 Book 類的內部字典中，成爲它的一部分。
代碼中還使用了 OrderedDict 來強制元素有序。

**加載公共庫**
import copy
from collections import OrderedDict

class Book:
    def __init__(self, name, authors, price, **rest):
        '''rest的例子有：出版商，長度，標籤，出版日期'''
        self.name = name
        self.authors = authors
        self.price = price # 單位爲美元
        self.__dict__.update(rest)

    def __str__(self):
        mylist = [] # 存儲屬性信息
        # 使字典固定順序
        ordered = OrderedDict(sorted(self.__dict__.items()))
        for i in ordered.keys():
            mylist.append('{}: {}'.format(i, ordered[i]))
            if i == 'price':
                mylist.append('$')
            mylist.append('\n')
        return ''.join(mylist)

定義克隆類

Prototype 類實現了原型設計模式。 Prototype類的核心是clone()方法，該方法使用我們熟悉的copy.deepcopy()函數來完成真正的克隆工作。但Prototype類在支持克隆之外做了一點更多的事情，它包含了方法 register() 和 unregister()，這兩個方法用於在一個字典中追蹤被克隆的對象。

# 克隆類
class Prototype:

    def __init__(self):
        self.objects = dict() # 存儲對象　

    # 登記要克隆的對象
    def register(self, identifier, obj):
        """
        Params:
            identifier：需要克隆對象的標識；
            obj：需要克隆的對象
        """
        self.objects[identifier] = obj

    # 在克隆集合中刪除指定對象
    def unregister(self, identifier):
        del self.objects[identifier]

    # 返回克隆後的對象
    def clone(self, identifier, **attr):
        """
        Params：
            - identifier：對象標識；
            - **attr：需要被更新的屬性以及屬性數據
        """
        found = self.objects.get(identifier) # 根據標識獲取對象
        if not found:
            raise ValueError('Incorrect object identifier: {}'.format(identifier))
        obj = copy.deepcopy(found) # clone 對象
        obj.__dict__.update(attr) # 更新副本的參數
        return obj

實現克隆操作

• 首先建立了一個書籍對象 b1；
• 把 b1 登記進入克隆實例對象中；
• 選擇克隆書籍對象 b1；
• 對比 b1 和其副本的 id；

def main():
    # 創建一個原始對象
    b1 = Book('The C Programming Language', ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie'), price=118, publisher='Prentice Hall',
              length=228, publication_date='1978-02-22', tags=('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures'))

    prototype = Prototype()
    cid = 'k&r-first'
    prototype.register(cid, b1)
    b2 = prototype.clone(cid, name='The C Programming Language(ANSI)', price=48.99,
                         length=274, publication_date='1988-04-01', edition=2)

    # 顯示克隆對象的信息
    for i in (b1, b2):
        print(i)
    print('ID b1 : {} != ID b2 : {}'.format(id(b1), id(b2)))

if __name__ == '__main__':
    main()

運行的結果如下：

結果：
authors: ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie')
length: 228
name: The C Programming Language
price: 118$
publication_date: 1978-02-22
publisher: Prentice Hall
tags: ('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures')

authors: ('Brian W. Kernighan', 'Dennis M.Ritchie')
edition: 2
length: 274
name: The C Programming Language(ANSI)
price: 48.99$
publication_date: 1988-04-01
publisher: Prentice Hall
tags: ('C', 'programming', 'algorithms', 'data structures')

ID b1 : 139993865162592 != ID b2 : 139993865255400

源碼在這裏;

參考

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1. 《精通Python設計模式》