设计模式-创建型-原型模式

引言：

　　原型模式是什么？它是在什么场景下被提出的呢？本章节，我们将详细了解下原型模式。

　　在软件系统中，当创建一个类的实例过程过于昂贵或复杂，并且我们需要创建多个这样类的实例时，如果我们通过new来创建类实例，这就会增加创建类的复杂度和创建过程与客户代码复杂的耦合度。如果采用工厂模式来创建这样的实例对象的话，随着产品类的不断增加，导致子类的数量不断增多，也导致了相应工厂类的增加，维护的代码维度增加了，因为有产品和工厂两个维度了，反而增加了系统复杂程度，所以在这里使用工厂模式来封装类创建过程并不合适。由于每个类实例都是相同的（类型相同），但是每个实例的状态参数会有不同，如果状态数值也相同就没意义了，有一个这样的对象就可以了。当我们需要多个相同的类实例时，可以通过对原来对象拷贝一份来完成创建，这个思路正是原型模式的实现方式。

定义：

　　原型模式就是通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象类型，然后用复制这个对象的方法来创建更多的同类型对象。 

原型模式的两种类型： 

　　object类的clone方法只会拷贝对象中基本的数据类型，对于数组、容器对象、引用对象等都不会拷贝，这就是浅拷贝。如果要实现深拷贝，必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行拷贝。 

internal class Program
{
    private static void Main(string[] args)
    {
        SunWukong sunwukong = new SunWukong()
        {
            Id = 1,
            Name = "孙悟空",
            Weapon = new Weapon()
            {
                Name = "如意金箍棒"
            }
        };
        SunWukong xingzhesun = (SunWukong)sunwukong.Clone();
        Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine("===============================");

        // 验证克隆后属性之间是否共享
        xingzhesun.Id = 2;
        xingzhesun.Name = "行者孙";
        xingzhesun.Weapon.Name = "钉耙";
        Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
        // 从结果可以看出，对于基本类型属性，克隆之后不共享，而对于对象来说是共享的，这就是浅拷贝
        Console.WriteLine("===============================");
        Console.WriteLine($"孙悟空的武器{sunwukong.Weapon.GetHashCode()}，行者孙的武器{sunwukong.Weapon.GetHashCode()}");
        // 打印hashcode值可以看出，克隆后的实例与原型的Weapon指向同一个地址
    }
}

internal class SunWukong : ICloneable
{
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public Weapon Weapon { get; set; }

    public object Clone()
    {
        return this.MemberwiseClone();
    }
}

internal class Weapon
{
    public string Name { get; set; }
}

 

　　.net中提供了原型，即System命名空间下的接口ICloneable，只要实现该接口的Clone方法就可以之间原型拷贝。上述代码中遗留了一个问题，如何实现深拷贝问题。 

internal class Program
{
    private static void Main(string[] args)
    {
        SunWukong sunwukong = new SunWukong()
        {
            Id = 1,
            Name = "孙悟空",
            Weapon = new Weapon()
            {
                Name = "如意金箍棒"
            }
        };
        SunWukong xingzhesun = (SunWukong)sunwukong.Clone();
        // 引用类型再进行拷贝
        xingzhesun.Weapon = (Weapon)xingzhesun.Weapon.Clone();
        Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine("===============================");
        xingzhesun.Id = 2;
        xingzhesun.Name = "行者孙";
        xingzhesun.Weapon.Name = "钉耙";
        Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
        Console.WriteLine("===============================");
        Console.WriteLine($"孙悟空的武器{sunwukong.Weapon.GetHashCode()}，行者孙的武器{xingzhesun.Weapon.GetHashCode()}");
    }
}

internal class SunWukong : ICloneable
{
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public Weapon Weapon { get; set; }

    public object Clone()
    {
        return this.MemberwiseClone();
    }
}

internal class Weapon : ICloneable
{
    public string Name { get; set; }

    public object Clone()
    {
        return this.MemberwiseClone();
    }
}

 

 

深拷贝：

　　1、复制对象的基本数据类型的成员变量值。

　　2、为所有引用类型的成员变量申请存储空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，直到该对象可达的所有对象。也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝。

　　3、深拷贝实现方式1：重写clone方法。

　　4、深拷贝实现方式2：通过对象序列化。 

//对象深拷贝
 public static T Copy<T>(T oldObject) where T : class,new()
 {
    T newOrder = new T();
    MemoryStream stream = new MemoryStream();
    BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();
    bf.Serialize(stream, oldObject);
    stream.Position = 0;
    newOrder = (bf.Deserialize(stream) as T);
    return newOrder;
}

原型模式的注意事项和细节：

　　1、创建新的对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能够提高效率。

　　2、不用重新初始化对象，而是动态地获取对象运行时的状态。

　　3、如果原始对象发生变化（增加或减少属性），其它克隆对象也会发生相应的变化，无需修改代码。

　　4、在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。　　　　

　　5、使用原型模式复制不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用clone方法完成的，它直接在内存种复制数据，因此不会调用到类的构造方法。不但构造方法中的代码不会执行，甚至连访问权限都对原型模式无效。单例模式中，我们通过私有化构造函数来实现单例模式，但clone方法直接无视构造方法的权限，所以，单例模式与原型模式是冲突的。

原型模式的优点：

　　1、原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性。

　　2、原型模式允许动态增加或较少产品类。

　　3、原型模式简化了实例的创建结构，工厂方法模式需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构，而原型模式不需要这样。

　　4、产品类不需要事先确定产品的等级结构，因为原型模式适用于任何的等级结构。

缺点：

　　1、需要为每一个类配备一个克隆方法，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，需要修改源码，即违反了OCP原则。

参考：https://www.cnblogs.com/zhili/p/PrototypePattern.html

　　 https://yq.aliyun.com/articles/485574