设计模式-原型模式详解
一、原型模式的概念
原型模式属于创建型设计模式。当要创建的对象类型由原型实例确定时使用它，该实例被克隆以生成新对象。
此模式用于
1、避免客户端应用程序中的对象创建者的子类，如工厂方法模式。
2、避免以标准方式创建新对象的固有成本（例如，使用'new'关键字），当它对于给定的应用程序来说过于昂贵时。
上述定义来自wiki，简单来说，就是创建一个全新的对象代价太高时，比如耗时太长时，能直接从现有实例中以较小的代价克隆出一个对象。
二、原型模式的实现
实现原型模式的方式之一为克隆，下面我们来实现一下
1、先定义一个抽象原型，包含两个克隆的虚方法（方便子类重写）
namespace PrototypePattern
{
using System;
using System.IO;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;
[Serializable]
public abstract class AbstractPrototype
{
/// <summary>
/// 浅克隆
/// <remarks>使用objectMemberwiseClone</remarks>
/// </summary>
/// <returns>当前对象副本</returns>
public virtual AbstractPrototype Clone()
{
return (AbstractPrototype)this.MemberwiseClone();
}
/// <summary>
/// 深克隆
/// <remarks>使用二进制序列化反序列化实现</remarks>
/// </summary>
/// <returns>当前对象副本</returns>
public virtual AbstractPrototype DeepClone()
{
MemoryStream stream = new MemoryStream();
BinaryFormatter binaryFormatter = new BinaryFormatter();
binaryFormatter.Serialize(stream, this);
stream.Position = 0;
var instance = (AbstractPrototype)binaryFormatter.Deserialize(stream);
stream.DisposeAsync();
return instance;
}
}
}
2、需要实现原型模式的类继承此抽象类即可
namespace PrototypePattern
{
using System;
[Serializable]
public class ConcretePrototype : AbstractPrototype
{
public int Number { get; set; }
public Person Person { get; set; }
}
}
Person类
namespace PrototypePattern
{
using System;
[Serializable]
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
}
以上代码就实现了原型模式。
其中的克隆方式又分为浅克隆，深克隆，深克隆使用的是序列化反序列化的方式（需要在类上增加[Serializable]特性）。
浅克隆
复制出来的对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象。
深克隆
复制出来的所有变量都含有与原来的对象相同的值，那些引用其他对象的变量将指向复制出来的新对象，是一个全新的副本。
我们来测试一波
{
ConcretePrototype no0 = new ConcretePrototype() { Number = 0, Person = new Person() { Age = 17, Name = "Vincent" } };
Console.WriteLine("第一次构造");
Console.WriteLine($"No0：Number:{no0.Number}，Age:{no0.Person.Age}，Name:{no0.Person.Name}");
Console.WriteLine("从No0浅克隆到No1");
ConcretePrototype no1 = (ConcretePrototype)no0.Clone();
Console.WriteLine("修改No1");
no1.Person.Age = 18;
no1.Person.Name = "Vincent1";
Console.WriteLine($"No0：Number:{no0.Number}，Age:{no0.Person.Age}，Name:{no0.Person.Name}");
Console.WriteLine($"No1：Number:{no1.Number}，Age:{no1.Person.Age}，Name:{no1.Person.Name}");
Console.WriteLine("******************");
Console.WriteLine("从No0浅克隆到No2");
ConcretePrototype no2 = (ConcretePrototype)no0.DeepClone();
Console.WriteLine("修改No2");
no2.Person.Age = 19;
no2.Person.Name = "Vincent2";
Console.WriteLine($"No0：Number:{no0.Number}，Age:{no0.Person.Age}，Name:{no0.Person.Name}");
Console.WriteLine($"No2：Number:{no2.Number}，Age:{no2.Person.Age}，Name:{no2.Person.Name}");
Console.WriteLine("******************");
}
看看结果
可以看到，通过浅克隆得到的对象和原对象共享引用对象，深克隆的反之。
以上是一般的实现方式，但是这里使用的是继承抽象原型类的方式。我们知道，C#里是单继承，我们这里继承了抽象的原型类，就不能继承其他类了，难免会有些不方便。下面我们来改进一下。
三、改进
我们知道.NET框架里为我们提供了ICloneable接口，此接口只包含一个返回值为object的Clone方法。object类中提供了返回值为object、访问级别为protected的MemberwiseClone方法。那么我们只需要继承ICloneable接口，实现Clone方法，把Clone方法访问级别改为public即可实现原型模式，如下
namespace PrototypePattern { using System; [Serializable] public class ConcretePrototype2 : ICloneable { public int Number { get; set; } public Person Person { get; set; } /// <summary>Creates a new object that is a copy of the current instance.</summary> /// <returns>A new object that is a copy of this instance.</returns> public object Clone() { return this.MemberwiseClone(); } } }
这里只有浅克隆，没有深克隆，怎么办？我们使用扩展方法，为ICloneable接口扩展一个深克隆方法，如下
namespace PrototypePattern { using System; using System.IO; using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary; public static class ICloneableExtension { public static T DeepClone<T>(this ICloneable instance) { MemoryStream stream = new MemoryStream(); BinaryFormatter binaryFormatter = new BinaryFormatter(); binaryFormatter.Serialize(stream, instance); stream.Position = 0; var duplicate = binaryFormatter.Deserialize(stream); stream.DisposeAsync(); return (T)duplicate; } } }
四、总结
以上的实现只能应对一般的情况，如果需要应对复杂的情况，如克隆对象中指定的对象（例如单据的复制），就需要改进或增加克隆的实现方式。
文中的代码下载：https://github.com/hzhhhbb/Design-Patterns
五、参考资料
https://en.wikipedia.org/wiki/Prototype_pattern
