Dot Net设计模式—原型模式
1.引言
在商品房销售系统中，房屋信息是基础信息。在系统运行前必须输入房屋的各种信息到系统中，这是一项枯燥的重复劳动。如果让用户重复输入房间的类型、面积和卫生间样式，这个系统肯定尚未运行就夭折了。实际上，一个小区楼盘的样式并不多，不同的只是楼号。另外，楼盘中的房间类型也非常有限，从而为解决输入问题提供了启示。楼盘的逻辑结构如图所示。
一个小区包含多个楼盘，一个楼盘包括多层，一层包括多个房间。楼盘和房间都有自己的样式（这个模型忽略高档住宅和别墅），要解决的问题是如何创建这些类的实例，这些实例内部的数据基本相同。
方案一：手工输入，根据录入的数据实例化对象。
这个方案在增加用户痛苦的同时，并未给程序员带来更多的好处，不予考虑。
方案二：由用户输入一些基本信息和规则，由程序来实例化对象。
系统执行过程如下。
（1） 用户选择新增一个楼盘，系统创建楼盘实例。
（2） 用户输入一个房间的基本信息和需要自动生成的楼层，系统实例化这些信息，
然后增加到楼盘中。
（3） 用户重复第2步，直到输入整个楼盘的数据。
这个方案中的用户操作已经减少了很多，但仍有问题，如果一个小区的各个楼盘结构完全一样，那么如何自动生成？为此在用户界面上需要增加生成楼盘组，然后输入需要生成的数量及房间信息等，这样使得系统变得非常不灵活，无法扩充。例如，需要建立一个基本类似的小区。并且也很难去掉某些功能，例如不需要自动生成楼盘组。如果自动生成出现问题，例如房号的规则输入错误，则必须销毁对象后重新处理。虽然系统中已经存在一个现成的楼盘（例如一幢已经销售完成的楼盘与新楼盘结构一样），但是却无法使用。
从程序角度更是难以维护，每新增一级输入，都需要改动创建对象的工厂方法。
不幸的是，这种方案在重复输入信息的系统中经常被采用，从而导致系统变得难以维护。
方案三：拷贝/粘贴。
从用户的角度看，系统最好支持拷贝/粘贴。例如复制一个现成的楼盘，粘贴后只要修改楼号即可，或者复制多个楼层粘贴后自动增加到楼层中，这样用户的交互过程要简单很多。
2.概述
2.1意图
采用原型模式可以解决上节提到的问题我们将已经存在的对象（楼盘、楼层、房间，甚至小区）作为原型，用户可以通过复制这些原型创建新的对象。
2.2使用场合
当一个系统应该独立于产品的创建、构成和表示时，可以使用原型模式。在原型模式中，产品的创建和初始化在类的Clone方法中完成。在使用时，我们可以用一些列原型对象来代替生成相应对象的工厂对象，并且可以使拷贝、粘贴等操作独立于需要复制的对象。
2.3原型模式的结构
原型模式的结构如图所示。
（1） Prototype：声明一个克隆自身的接口。
（2） ConcretePrototype：实现一个克隆自身的操作。
（3） Client：让一个原型克隆自身从而创建一个新的对象。
2.4效果
使用原型模式有以下优点。
（1）在运行时增加或删除产品：只要通过客户原型实例即可将新产品类型增加到系统中，例如组态软件中工具箱中的每个工具可以对应一个注册的原型对象，可以通过增加原形对象扩展工具箱。
（2）很容易地创建复杂的对象：在图形编辑和组态等软件中，经常需要创建复杂的图元。这些图元是由简单图元组成的，采用原型模式可以很容易地将复杂图元作为一般图元来使用，使软件的工具箱具有自扩展功能。
（3）减少工厂的层次：由于在.NET中可以使用反射工厂，因此这个优势并不明显。
使用原型模式的缺点是在有些情况下克隆功能不容易实现，特别是遇到对象的循环引用时。
3..NET实现
3.1Icloneable接口
.NET已经为实现提供了必要的基础，即System命名空间中的ICloneable接口。这个接口只有Clone这一个方法。实现这个接口的类也就具备了Clone方法，实现克隆还需要我们编写代码。
3.2实现结构
假如我们需要一个计算机类，这个类的属性包括品牌、CPU、RAM和硬盘容量等。如果克隆同配置的计算机，并希望这个类可以成为原型，则代码如下：
Public Class Computer
Implements Icloneable
Private m-CPU As String
Private m-Brand As String
Private m-RAM As String
Private m-HardDisk As String
Private m-Number As String
Public Property Number ( ) As String
Public Property CPUr ( ) As String
Public Property Brand ( ) As String
Public Property RAM( ) As String
Public Property HardDisk( ) As String
Public Function Clone ( ) As Object Implements System.Icloneable.Clone
Begin
Dim c As New Computer
c.RAM = m-RAM
c.Brand = m-Brand
c.CPU = m-CPU
c.HardDisk = m-HardDisk
Return c
End Function
End Class
这段代码来源于设备管理系统，并进行了简化。注意在复制代码时并没有复制Number属性，这是因为该属性是用来区别计算机的设备号，不能重复，因此应该由客户程序赋值或者由序号发生器生成。
3.3深复制与浅复制
如果仅仅从示例代码上看，实现原型模式并不困难。然而复杂的情况是，如果一个对象是复合对象或者包含其他的对象，那么克隆对象的问题是仅仅复制对象本身，还是连同被引用的对象一起复制？
例如，我们在克隆一个楼盘时，希望获得关于这个楼盘的所有新的数据，以便于修改。这时在复制楼盘时，复制了楼盘对象及其包含的所有房间对象，并且隶属于新产生的楼盘。在这个操作中，房间的复制是间接进行的，这种情况是深复制。即除了引用其他对象的变量外，被复制对象的所有变量都含有与原对象相同的值，引用其他对象的变量将指向原有这些变量的复制品。
有时我们不希望复制包含的对象，而是需要所复制对象中包含的对象仍然指向原来的引用。例如，克隆用户清单，其中包括了用户对象，而克隆的用户清单不需要复制所包含的用户对象。这样不管修改了哪个清单中的用户信息，都可以在另一个清单中得到反应，这种情况是浅复制。即被复制对象的所有变量都含有与原对象相同的值，换言之，所有引用其他对象的变量仍然指向原来引用的对象。
5．.NET中的原型模式
.NET中的很多类支持原型模式。例如我们希望获得一个与现有数据集结构相同的数据集，即可采用克隆的方法：
Dim dsnew As DataSet=ds.Clone
注意，与数据相关的类还有一个方法Copy。与克隆不同，该方法不仅复制对象的结构，还复制对象中包含的数据，例如，我们希望复制现有数据集的结构和数据，则采用该方法：
Dsnew=ds.Copy
使用Clone时，需要注意是深复制还是浅复制。.NET中实现IClone接口的类基本上都采用浅复制的策略，需要深复制的场合需要开发人员根据需要实现。
在商品房销售系统中，房屋信息是基础信息。在系统运行前必须输入房屋的各种信息到系统中，这是一项枯燥的重复劳动。如果让用户重复输入房间的类型、面积和卫生间样式，这个系统肯定尚未运行就夭折了。实际上，一个小区楼盘的样式并不多，不同的只是楼号。另外，楼盘中的房间类型也非常有限，从而为解决输入问题提供了启示。楼盘的逻辑结构如图所示。
一个小区包含多个楼盘，一个楼盘包括多层，一层包括多个房间。楼盘和房间都有自己的样式（这个模型忽略高档住宅和别墅），要解决的问题是如何创建这些类的实例，这些实例内部的数据基本相同。
方案一：手工输入，根据录入的数据实例化对象。
这个方案在增加用户痛苦的同时，并未给程序员带来更多的好处，不予考虑。
方案二：由用户输入一些基本信息和规则，由程序来实例化对象。
系统执行过程如下。
（1） 用户选择新增一个楼盘，系统创建楼盘实例。
（2） 用户输入一个房间的基本信息和需要自动生成的楼层，系统实例化这些信息，
然后增加到楼盘中。
（3） 用户重复第2步，直到输入整个楼盘的数据。
这个方案中的用户操作已经减少了很多，但仍有问题，如果一个小区的各个楼盘结构完全一样，那么如何自动生成？为此在用户界面上需要增加生成楼盘组，然后输入需要生成的数量及房间信息等，这样使得系统变得非常不灵活，无法扩充。例如，需要建立一个基本类似的小区。并且也很难去掉某些功能，例如不需要自动生成楼盘组。如果自动生成出现问题，例如房号的规则输入错误，则必须销毁对象后重新处理。虽然系统中已经存在一个现成的楼盘（例如一幢已经销售完成的楼盘与新楼盘结构一样），但是却无法使用。
从程序角度更是难以维护，每新增一级输入，都需要改动创建对象的工厂方法。
不幸的是，这种方案在重复输入信息的系统中经常被采用，从而导致系统变得难以维护。
方案三：拷贝/粘贴。
从用户的角度看，系统最好支持拷贝/粘贴。例如复制一个现成的楼盘，粘贴后只要修改楼号即可，或者复制多个楼层粘贴后自动增加到楼层中，这样用户的交互过程要简单很多。
2.概述
2.1意图
采用原型模式可以解决上节提到的问题我们将已经存在的对象（楼盘、楼层、房间，甚至小区）作为原型，用户可以通过复制这些原型创建新的对象。
2.2使用场合
当一个系统应该独立于产品的创建、构成和表示时，可以使用原型模式。在原型模式中，产品的创建和初始化在类的Clone方法中完成。在使用时，我们可以用一些列原型对象来代替生成相应对象的工厂对象，并且可以使拷贝、粘贴等操作独立于需要复制的对象。
2.3原型模式的结构
原型模式的结构如图所示。
（1） Prototype：声明一个克隆自身的接口。
（2） ConcretePrototype：实现一个克隆自身的操作。
（3） Client：让一个原型克隆自身从而创建一个新的对象。
2.4效果
使用原型模式有以下优点。
（1）在运行时增加或删除产品：只要通过客户原型实例即可将新产品类型增加到系统中，例如组态软件中工具箱中的每个工具可以对应一个注册的原型对象，可以通过增加原形对象扩展工具箱。
（2）很容易地创建复杂的对象：在图形编辑和组态等软件中，经常需要创建复杂的图元。这些图元是由简单图元组成的，采用原型模式可以很容易地将复杂图元作为一般图元来使用，使软件的工具箱具有自扩展功能。
（3）减少工厂的层次：由于在.NET中可以使用反射工厂，因此这个优势并不明显。
使用原型模式的缺点是在有些情况下克隆功能不容易实现，特别是遇到对象的循环引用时。
3..NET实现
3.1Icloneable接口
.NET已经为实现提供了必要的基础，即System命名空间中的ICloneable接口。这个接口只有Clone这一个方法。实现这个接口的类也就具备了Clone方法，实现克隆还需要我们编写代码。
3.2实现结构
假如我们需要一个计算机类，这个类的属性包括品牌、CPU、RAM和硬盘容量等。如果克隆同配置的计算机，并希望这个类可以成为原型，则代码如下：
Public Class Computer
Implements Icloneable Private m-CPU As String Private m-Brand As String Private m-RAM As String Private m-HardDisk As String Private m-Number As String Public Property Number ( ) As String
Public Property CPUr ( ) As String Public Property Brand ( ) As String Public Property RAM( ) As String Public Property HardDisk( ) As String Public Function Clone ( ) As Object Implements System.Icloneable.Clone Begin Dim c As New Computer c.RAM = m-RAM c.Brand = m-Brand c.CPU = m-CPU c.HardDisk = m-HardDisk Return c End FunctionEnd Class这段代码来源于设备管理系统，并进行了简化。注意在复制代码时并没有复制Number属性，这是因为该属性是用来区别计算机的设备号，不能重复，因此应该由客户程序赋值或者由序号发生器生成。
3.3深复制与浅复制
如果仅仅从示例代码上看，实现原型模式并不困难。然而复杂的情况是，如果一个对象是复合对象或者包含其他的对象，那么克隆对象的问题是仅仅复制对象本身，还是连同被引用的对象一起复制？
例如，我们在克隆一个楼盘时，希望获得关于这个楼盘的所有新的数据，以便于修改。这时在复制楼盘时，复制了楼盘对象及其包含的所有房间对象，并且隶属于新产生的楼盘。在这个操作中，房间的复制是间接进行的，这种情况是深复制。即除了引用其他对象的变量外，被复制对象的所有变量都含有与原对象相同的值，引用其他对象的变量将指向原有这些变量的复制品。
有时我们不希望复制包含的对象，而是需要所复制对象中包含的对象仍然指向原来的引用。例如，克隆用户清单，其中包括了用户对象，而克隆的用户清单不需要复制所包含的用户对象。这样不管修改了哪个清单中的用户信息，都可以在另一个清单中得到反应，这种情况是浅复制。即被复制对象的所有变量都含有与原对象相同的值，换言之，所有引用其他对象的变量仍然指向原来引用的对象。
5．.NET中的原型模式
.NET中的很多类支持原型模式。例如我们希望获得一个与现有数据集结构相同的数据集，即可采用克隆的方法：
Dim dsnew As DataSet=ds.Clone
注意，与数据相关的类还有一个方法Copy。与克隆不同，该方法不仅复制对象的结构，还复制对象中包含的数据，例如，我们希望复制现有数据集的结构和数据，则采用该方法：
Dsnew=ds.Copy
使用Clone时，需要注意是深复制还是浅复制。.NET中实现IClone接口的类基本上都采用浅复制的策略，需要深复制的场合需要开发人员根据需要实现。
