概要

Prototype（プロトタイプ）パターンは、
インスタンスの生成をコンストラクタ（__init__）によらず、既存オブジェクトを複製（clone）することで実現する設計パターンである。

同じ構造のオブジェクトを大量に生成したい場合や、初期化コストが高いオブジェクトの再利用などに有効。
複雑な構築ロジックをカプセル化し、コピーによる柔軟な生成制御が可能となる。

1. なぜPrototypeが必要か？

❌ 毎回コンストラクタで初期化すると、設定・構築処理が重複する

user = User("admin", permissions=["read", "write", "delete"])

→ 似たような構造のオブジェクトを都度構築するのは非効率

✅ ベースとなるオブジェクトを複製し、必要に応じて差分だけ上書き

admin = prototype.clone()
admin.name = "root"

→ 共通の構造をコピーして活用できるため、保守性と効率が高まる

2. 基本構造

✅ Prototypeインターフェース

import copy

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

✅ 利用クラスの定義

class User(Prototype):
    def __init__(self, name, permissions):
        self.name = name
        self.permissions = permissions

    def show(self):
        print(f"User: {self.name}, Permissions: {self.permissions}")

✅ 使用例

base_user = User("template", ["read", "write"])
admin_user = base_user.clone()
admin_user.name = "admin"
admin_user.permissions.append("delete")

guest_user = base_user.clone()
guest_user.name = "guest"
guest_user.permissions = ["read"]

base_user.show()   # template, ["read", "write"]
admin_user.show()  # admin, ["read", "write", "delete"]
guest_user.show()  # guest, ["read"]

出力:

User: template, Permissions: ['read', 'write']  
User: admin, Permissions: ['read', 'write', 'delete']  
User: guest, Permissions: ['read']

3. Python的応用：`copy.copy` vs `copy.deepcopy`

from copy import copy, deepcopy

a = [1, 2, [3, 4]]
shallow = copy(a)
deep = deepcopy(a)

a[2].append(5)
print(shallow)  # [1, 2, [3, 4, 5]] ← 浅いコピーは内部リストを共有
print(deep)     # [1, 2, [3, 4]]     ← 深いコピーは独立している

→ 浅い vs 深いの違いは、Prototype設計において極めて重要

4. 実務ユースケース

✅ テンプレートオブジェクトからの生成

→ フォーム、ユーザー、設定など共通構造の複製

✅ 初期化コストの高いオブジェクトの再利用

→ DB接続、外部リソース、構文解析済み構造など

✅ テスト・モック用の状態複製

→ 状態を維持したまま環境をコピーしてシナリオ分岐

✅ ゲームにおけるエンティティ・アイテムの生成

→ 元データから個体差を持たせて生成

5. よくある誤用と対策

❌ clone() における浅いコピーが意図せず副作用を引き起こす

→ ✅ deepcopy()をデフォルトとし、明示的な制御が必要なときのみ copy() を使用

❌ 複製後に必須の初期化を忘れると、不完全なオブジェクトになる

→ ✅ clone後に initialize() 的なメソッドを呼び出すパターンを設計に含める

❌ データと振る舞いを分離しないまま複製して状態を混乱させる

→ ✅ 状態とロジックの分離（データクラス化・DI設計）を併用

結語

Prototypeパターンとは、“作るのではなく、写すことで構造を再利用する設計”である。

コンストラクションの重さを回避し、共通構造の複製により生成の効率性を確保
状態のコピーを前提とするため、柔軟かつ迅速なインスタンス展開が可能
Pythonでは copy モジュールによって、シンプルに強力なPrototype戦略を実現できる

Pythonicとは、“繰り返すより、写してから変えること”。
Prototypeパターンはその複製の知性を、設計の俊敏性として表現する技法である。