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C++原型模式克隆对象 深拷贝浅拷贝对比

P粉602998670

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发布时间:2025-08-24 10:28:01

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来源于php中文网

原创

原型模式通过复制对象创建新实例,需区分深拷贝与浅拷贝:浅拷贝仅复制指针值,导致内存共享和重复释放风险;深拷贝则分配独立内存,确保对象安全独立,推荐在clone()中实现深拷贝以避免资源冲突。

c++原型模式克隆对象 深拷贝浅拷贝对比

在C++中,原型模式(Prototype Pattern)是一种创建型设计模式,它通过复制现有对象来创建新对象,而不是通过 new 关键字重新构造。实现原型模式的关键是拷贝机制——而拷贝又分为深拷贝浅拷贝。理解它们的区别对正确实现对象克隆至关重要。

浅拷贝:只复制基本数据,共享指针资源

默认的拷贝构造函数和赋值操作符执行的是浅拷贝。这意味着对象的成员变量被逐个复制,但如果成员是指针,那么复制的是指针的值(即地址),而不是它指向的数据。

这会导致多个对象共享同一块动态内存,一旦其中一个对象释放了该内存,其他对象的指针就变成了悬空指针,容易引发崩溃或未定义行为。

示例:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

假设有一个类包含一个指向字符串的指针:

class Person {
private:
    char* name;
public:
    Person(const char* n) {
        name = new char[strlen(n) + 1];
        strcpy(name, n);
    }
    // 默认拷贝构造函数是浅拷贝
    ~Person() { delete[] name; }
};

如果使用默认拷贝:

Person p1("Alice");
Person p2 = p1; // 浅拷贝,p1 和 p2 的 name 指向同一块内存

当 p1 和 p2 析构时,同一块内存被 delete 两次,程序崩溃。

深拷贝:复制指针指向的数据,独立内存

深拷贝会为新对象分配新的内存,并将原对象的数据复制过去,确保两个对象完全独立。

Lateral App
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要实现深拷贝,必须自定义拷贝构造函数和赋值操作符。

改进示例:

Person(const Person& other) {
    name = new char[strlen(other.name) + 1];
    strcpy(name, other.name);
}

Person& operator=(const Person& other) {
    if (this != &other) {
        delete[] name; // 释放原有资源
        name = new char[strlen(other.name) + 1];
        strcpy(name, other.name);
    }
    return *this;
}

这样,每个 Person 对象都有自己独立的 name 内存,互不影响。

原型模式中的克隆接口设计

在原型模式中,通常定义一个 clone() 接口,子类根据需要实现深拷贝或浅拷贝。

推荐始终使用深拷贝,除非明确知道共享资源是安全且有意的。

典型实现:

class Prototype {
public:
    virtual Prototype* clone() const = 0;
    virtual ~Prototype() = default;
};

class ConcretePrototype : public Prototype {
private:
    char* data;
public:
    ConcretePrototype(const char* d) {
        data = new char[strlen(d) + 1];
        strcpy(data, d);
    }

    ConcretePrototype(const ConcretePrototype& other) {
        data = new char[strlen(other.data) + 1];
        strcpy(data, other.data);
    }

    ConcretePrototype& operator=(const ConcretePrototype& other) {
        if (this != &other) {
            delete[] data;
            data = new char[strlen(other.data) + 1];
            strcpy(data, other.data);
        }
        return *this;
    }

    Prototype* clone() const override {
        return new ConcretePrototype(*this); // 调用拷贝构造函数,深拷贝
    }

    ~ConcretePrototype() {
        delete[] data;
    }
};

使用 clone() 创建的对象是完全独立的副本,避免了资源冲突。

基本上就这些。深拷贝安全但开销大,浅拷贝高效但危险。在原型模式中,除非有特殊需求,否则应优先实现深拷贝,确保对象独立性和程序稳定性。

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