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利用C++11和泛型编程改进原型模式

news 2025/8/11 13:16:23

引言

在软件开发中，原型模式是一种常用的设计模式，主要用于创建对象的克隆。通过原型模式，我们可以避免复杂的对象创建过程，尤其是当对象的初始化需要大量资源或复杂操作时。本文将通过一个具体的例子，详细介绍如何在C++中使用C++11和泛型编程来实现原型模式，并探讨其在面向对象设计原则中的应用。

实现步骤

1. 定义基类

首先，我们需要定义一个基类Prototype，它将作为所有具体行为类的父类。基类中包含两个纯虚函数：clone()和execute()。

#include <memory>
#include <string>
#include <typeindex>
#include <unordered_map>template <typename T>
class Prototype {
public:virtual ~Prototype() = default;virtual std::shared_ptr<Prototype<T>> clone() const = 0;virtual void execute() const = 0;
};

clone()：用于克隆当前对象，返回一个指向新对象的智能指针。
execute()：用于展示具体的行为，每个子类将根据自己的行为实现该方法。

2. 创建具体行为类

接下来，我们创建三个具体的行为类，分别继承自Prototype，并实现各自的clone()和execute()方法。

拿着饭碗吃饭的行为类

class EatYongYong : public Prototype<EatYongYong> {
public:std::shared_ptr<Prototype<EatYongYong>> clone() const override {return std::make_shared<EatYongYong>(*this);}void execute() const override {std::cout << "勇勇拿着饭碗在吃饭。" << std::endl;}
};

打压下属的行为类

class PressYongYong : public Prototype<PressYongYong> {
public:std::shared_ptr<Prototype<PressYongYong>> clone() const override {return std::make_shared<PressYongYong>(*this);}void execute() const override {std::cout << "勇勇在打压下属。" << std::endl;}
};

欺骗领导的行为类

class DeceiveYongYong : public Prototype<DeceiveYongYong> {
public:std::shared_ptr<Prototype<DeceiveYongYong>> clone() const override {return std::make_shared<DeceiveYongYong>(*this);}void execute() const override {std::cout << "勇勇在欺骗领导。" << std::endl;}
};

3. 创建管理类

为了管理不同行为的YongYong对象，我们创建一个PrototypeManager类。该类使用std::unordered_map存储不同行为的原型对象，并提供获取原型对象的方法。

template <typename... Types>
class PrototypeManager {
private:using PrototypeMap = std::unordered_map<std::type_index, std::shared_ptr<std::decay_t<Types>>...>;PrototypeMap prototypes;public:template <typename T, typename... Args>void registerPrototype(const Args&... args) {prototypes[std::type_index typeid(T)] = std::make_shared<T>(args...);}template <typename T>std::shared_ptr<T> getPrototype() const {auto it = prototypes.find(std::type_index typeid(T));if (it != prototypes.end()) {return std::dynamic_pointer_cast<T>(it->second->clone());}return nullptr;}
};

4. 使用管理类创建对象

在main函数中，我们使用PrototypeManager创建不同行为的YongYong对象，并调用它们的execute()方法。

int main() {PrototypeManager<EatYongYong, PressYongYong, DeceiveYongYong> manager;manager.registerPrototype<EatYongYong>();manager.registerPrototype<PressYongYong>();manager.registerPrototype<DeceiveYongYong>();auto yongYong1 = manager.getPrototype<EatYongYong>();yongYong1->execute();auto yongYong2 = manager.getPrototype<PressYongYong>();yongYong2->execute();auto yongYong3 = manager.getPrototype<DeceiveYongYong>();yongYong3->execute();return 0;
}