Prototype 模式

有些物件若以標準的方式建立實例，或者是設定至某個狀態需要複雜的運算及昂貴的資源，則您可以考慮直接以某個物件作為原型，在需要個別該物件時，複製原型並傳回。

先來看看Prototype的類別圖：

請注意，在這邊Cloneable並非指Java中的java.lang.Cloneable，而是指支援原型複製的物件，必須實作之公開協定。

不同的語言可能提供不同程度支援之物件複製技術，以Java而言，java.lang.Object本身即定義有clone()方法，因此所有的物件基本上皆具自我複製之能力，不過真正要讓物件支援複製，則物件必須實作java.lang.Cloneable這個標示介面（Tag interface）。

下面這個範例示範了，如何使用Java實作Prototype模式（建議您參考：How to avoid traps and correctly override methods from java.lang.Object）：

import java.util.*;

class Wheel implements Cloneable {
    // 也許還有一些複雜的設定
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
        return super.clone(); 
    }    
}

class Car implements Cloneable {
    // 也許還有一些複雜的設定
    private Wheel[] wheels = {new Wheel(), new Wheel(), new Wheel(), new Wheel()};
    
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Car copy = (Car) super.clone();
        copy.wheels = (Wheel[]) this.wheels.clone();
        for(int i = 0; i < this.wheels.length; i++) {
            copy.wheels[i] = (Wheel) this.wheels[i].clone();
        }
        return copy; 
    }
    // 也許還有別的方法
}

class Cars {
    private Map<String, Car> prototypes = new HashMap<String, Car>();
    void addPrototype(String brand, Car prototype) {
        prototypes.put(brand, prototype);
    }
    Car getPrototype(String brand) throws CloneNotSupportedException {
        return (Car) prototypes.get(brand).clone();
    }
}
    
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Car bmw = new Car();
        // 作一些 BMW 複雜的初始、設定、有的沒的
        Car benz = new Car();
        // 作一些 BENZ 複雜的初始、設定、有的沒的
        Cars cars = new Cars();
        cars.addPrototype("BMW", bmw);
        cars.addPrototype("BENS", benz);
        // 取得 BMW 原型複製
        Car bmwPrototype = cars.getPrototype("BMW");
    }
}

如果是Python，則可以透過copy模組的deepcopy()函式來達到物件複製的目的，以下為上面範例的Python實現：

import copy

class Wheel:
    def clone(self):
        return copy.deepcopy(self)

class Car:
    def __init__(self):
        self.wheels = [Wheel(), Wheel(), Wheel(), Wheel()]
    def clone(self):
        return copy.deepcopy(self)

class Cars:
    def __init__(self):
        self.prototypes = {}
    def addPrototype(self, brand, car):
        self.prototypes[brand] = car
    def getPrototype(self, brand):
        return self.prototypes[brand].clone()
        
bmw = Car()
benz = Car()
cars = Cars()
cars.addPrototype("BMW", bmw)
cars.addPrototype("BENZ", benz)
bmwPrototype = cars.getPrototype("BMW")

Prototype模式可應用於避免子類化物件創建者（object creator），在 Gof 的設計模式書中有個範例，設計一個通用的圖型編輯器框架。在這個框架中有個工具列，您可以在上面選擇符號以加入圖片中，並可以隨時調整符號的位置等。

圖型編輯器框架是通用的，然而事先並不知道這些符號的型態，有人或許會想到繼承圖型編輯器框架來為每個符號設計一個框架子類別，但由於符號的可能種類很多，這會產生相當多的子類別，為了避免這種情況，可以透過Prototype模式來減少子類別的數目，可以設計出以下的結構：

依照這個結構，圖型編輯器框架可以獨立於要套用的符號類別，雖然不知道被複製傳回的物件型態是什麼，但可以用原型複製的方式來建立新物件，且可以按照 Graphics所定義的公開介面來操作這些物件，例如使用範例中的draw()方法來繪製符號。