[디자인 패턴] 생성 패턴 (4) 원형 Prototype

원형 (Prototype) 패턴

 

1. 의도

• 객체를 복사하여 사용하는 것. 복사할 객체의 클래스를 명시한다.

2. 활용

• 인스턴스화할 클래스를 런타임에 지정할 때
• 팩토리 메서드에서 객체 합성으로 클래스 계통을 연결 하였는 데 이를 피하고 싶을 때
• 원형 복제를 먼저하고 나중에 초기화 하여 자세히 설정된 객체를 사용하고 싶을 때
• 주로 인스턴스의 상태가 유한한 경우 복제하여 초기화하는 것이 유용할 수 있다.

Graphic 객체와 Graphic Tool 객체

원형 패턴 예시

팩토리 메서드에서 기능 분리 등으로 서브 클래스에서 객체를 합성하여 인스턴스를 생성하였다. 하지만 생성하는 클래스가 다를 경우 팩터리 메서드를 상속하는 ImageGraphicTool, WidgetGraphicTool... 등 새로운 서브클래스를 만들어야 했는데 이는 기존 Tool 기능에 관한 프레임워크 구조가 복잡해질 수 있다. 특히 생성하는 클래스들을 추상화하여 사용할 수 있을 때, 이들의 원형을 복제하여 인스턴스를 만들어 사용하면 GraphicTool을 상속받는 새로운 클래스를 만들지 않고도 Graphic 객체를 다룰 수 있다. 

 

3. 참여자

생성 패턴 - Prototype

• Prototype: 자신을 복제하는 인터페이스를 제공하고 모든 복제 가능한 객체의 추상 클래스
• ConcretePrototype: 자신을 복제 하고 상태를 바꾸기 위한 Set 함수를 제공
• Client: 원형을 복제하여 사용하는 대상

4. 협력방법

• 사용자는 원형을 복제하여 객체를 생성한다.

5.결과

 

추상 팩토리 및 빌더와 마찬가지로 사용자 쪽에서 구체적인 제품을 알 필요가 없어진다.

원형에서 중요한 것은 객체를 표현하는 내부 값을 이용하여 새로운 클래스를 만드는 것을 줄인다는 것이다.

ex) 음표 -> 기본 4분 음표에서 길이, 픽셀값, 위치 등을 수정하여 여러 음표를 만들어낼 수 있다.

 

• 원형을 제공하는 클래스를 추가하는 것만으로 시스템에 새로운 제품을 추가할 수 있다.
• 새로운 클래스를 정의하지 않고 내부 값(state)를 다르게하여 새로운 객체를 생성한다.
• 내부 값 종류를 더 다양하게 하여 새로운 객체를 만들 수 있다.
• 그러므로 서브 클래스 수를 줄인다. 팩토리 메서드에서 봤던 Creator를 상속하는 새로운 서브 클래스를 만들 필요가 없어진다.
• 런타임에 클래스를 등록하여 사용할 수 있다.

6. 구현

 

1) 원형 관리자를 사용

 

원형 관리자라는 레지스트리에서 원형을 검색하여 복제된 인스턴스를 반환.

 

2) Clone() 연산을 구현

 

원본과 같은 내용을 가지는 객체를 복사하는 연산.

C++과 같은 언어에서 얇은 복사를 피하고 깊은 복사를 수행할 수 있게 구현한다.

 

3) Clone을 초기화

 

객체 내부 상태를 변경함으로 다양한 객체를 만들어내기에 setXXX()와 같은 설정 함수를 통해 복제된 인스턴스를 초기화한다.

 

 

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예제코드

 

기존 추상 팩토리에서 상속하여 원형 패턴을 적용한 MazePrototpyeFactory를 설계해보자

 

멤버함수에 복제할 원형의 원본을 생성자를 통해 초기화 해주고

구성요소를 생산하는 메서드에서 원본을 복제하여 인스턴스를 반환해주면 된다.

#include "MazeFactory.h"
class MazePrototypeFactory : public MazeFactory
{
public:
	// 구성요소의 원형으로 초기화
	MazePrototypeFactory(Maze*, Wall*, Room*, Door*) {}

	virtual Maze* MakeMaze() const;
	virtual Room* MakeRoom(int) const;
	virtual Wall* MakeWall() const;
	virtual Door* MakeDoor(Room*, Room*) const;
private:
	Maze* _prototypeMaze;
	Room* _prototypeRoom;
	Wall* _prototypeWall;
	Door* _prototypeDoor;
};

#include "MazePrototypeFactory.h"

MazePrototypeFactory::MazePrototypeFactory(Maze* m, Wall* w, Room* r, Door* d) {
    // 원본을 초기화
    _prototypeMaze = m;
    _prototypeWall = w;
    _prototypeRoom = r;
    _prototypeDoor = d;
}

Door* MazePrototypeFactory::MakeDoor(Room* r1, Room* r2) const
{
    Door* door = _prototypeDoor->Clone();
    door->Initialize(r1, r2);
    return door;
}

Wall* MazePrototypeFactory::MakeWall() const
{
    return _prototypeWall->Clone();
}

Maze* MazePrototypeFactory::MakeMaze() const
{
    return _prototypeMaze->Clone();
}

Room* MazePrototypeFactory::MakeRoom(int n) const
{
    Room* room = _prototypeRoom->Clone();
    room->SetNumber(n);
    return room;
}

MakeDoor(Room*, Room*) 메서드에서 Door 객체의 Clone() 함수를 호출하였는데

이를 Door 클래스에서 구현해야한다. 아래 예시에서는 복사 생성자를 이용하여 Clone 함수 구현을 제시한다.

class Door : public MapSite
{
private:
	// 상태
	bool _isOpen;
	// 연결하는 두 방
	Room* _room1;
	Room* _room2;
public:
	// 문을 초기화하기 위해서는 문이 어느 방 사이에 있는지 알아야한다.
	Door();
	Door(const Door&);
	virtual void Initialize(Room*, Room*);
	virtual Door* Clone() const;
	virtual void Enter();
	Room* OtherSideFrom(Room*);
};

#include "Door.h"

Door::Door()
{
    _room1 = nullptr;
    _room2 = nullptr;
}
// 복사 생성자
Door::Door(const Door& other)
{
    _room1 = other._room1;
    _room2 = other._room2;
}
// 초기화 연산 (Set 메서드)
void Door::Initialize(Room* r1, Room* r2)
{
    _room1 = r1;
    _room2 = r2;
}

Door* Door::Clone() const
{
    // 복사 생성자 호출
    return new Door(*this);
}