深入理解设计模式（六）：原型模式

一、前言

单例模式可以避免重复创建消耗资源的对象，但是却不得不共用对象。若是对象本身也不让随意访问修改时，怎么办？通常做法是备份到副本，其它对象操作副本，最后获取权限合并，类似git上的PR操作。

二、什么是原型模式

原型模式用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。需要注意的关键字是，新的对象，类没变。.NET在System命名空间中提供了Cloneable接口，其中它提供唯一的方法Clone()，只需要实现这个接口就可以完成原型模式了。由于它直接操作内存中的二进制流，当大量操作或操作复杂对象时，性能优势将会很明显。

三、原型模式的适用场景

多用于创建大对象，或初始化繁琐的对象。如游戏中的背景，地图。web中的画布等等

以下场景适用：

一是类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等；

二是通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式；

三是一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。

在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。

四、原型模式的实现

以简历的复印来举例

1.浅拷贝实现

定义工作经历类

/// <summary>
/// 工作经历类
/// </summary>
public class WorkExperience
{
    private string _workDate;
    public string WorkDate
    {
        get { return _workDate; }
        set { _workDate = value; }
    }

    private string _company;
    public string Company
    {
        get { return _company; }
        set { _company = value; }
    }
}

定义简历类

/// <summary>
/// 简历类
/// </summary>
class Resume : ICloneable
{
    private string name;
    private string sex;
    private string age;

    private WorkExperience work;

    public Resume(string name)
    {
        this.name = name;
        work = new WorkExperience();
    }

    /// <summary>
    /// 设置个人信息
    /// </summary>
    /// <param name="sex"></param>
    /// <param name="age"></param>
    public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
    {
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /// <summary>
    /// 设置工作经历
    /// </summary>
    /// <param name="workDate"></param>
    /// <param name="company"></param>
    public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
    {
        work.WorkDate = workDate;
        work.Company = company;
    }

    /// <summary>
    /// 显示
    /// </summary>
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0}{1}{2}", name, sex, age);
        Console.WriteLine("工作经历：{0}{1}", work.WorkDate, work.Company);
    }

    public object Clone()
    {
        //创建当前object的浅表副本
        return (object)this.MemberwiseClone();
    }
}

客户端调用

static void Main(string[] args)
{
    Resume a = new Resume("张三");
    a.SetPersonalInfo("男", "30");
    a.SetWorkExperience("2010-2018", "腾讯公司");

    Resume b = (Resume)a.Clone();
    b.SetWorkExperience("2010-2015", "阿里公司");

    Resume c = (Resume)a.Clone();
    c.SetPersonalInfo("女", "18");
　　c.SetWorkExperience("2010-2015", "百度公司");

    a.Display();
    b.Display();
    c.Display();

    Console.Read();
}

结果

张三    男    30
工作经历    2010-2018    腾讯公司
张三    男    30
工作经历    2010-2018    腾讯公司
张三    女    18
工作经历    2010-2018    腾讯公司

被复制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都仍然指向原来的对象，这就是浅复制。但是我们可能需要这样一种需求，要把复制的对象所引用的对象都复制一遍。比如刚才的例子，我希望a、b、c三个引用的对象都是不同的。复制时就一变二，二变三。此时，我们就要用的方式叫“深复制”

2.深拷贝实现

深复制把引用对象的变量指向复制过的新对象，而不是原来被引用的对象

/// <summary>
/// 工作经历类
/// </summary>
public class WorkExperience:ICloneable
{
    private string _workDate;
    public string WorkDate
    {
        get { return _workDate; }
        set { _workDate = value; }
    }

    private string _company;
    public string Company
    {
        get { return _company; }
        set { _company = value; }
    }

    public object Clone()
    {
        //创建当前object的浅表副本
        return (object)this.MemberwiseClone();
    }
}

 

/// <summary>
/// 简历类
/// </summary>
class Resume : ICloneable
{
    private string name;
    private string sex;
    private string age;

    private WorkExperience work;

    public Resume(string name)
    {
        this.name = name;
        work = new WorkExperience();
    }

    private Resume(WorkExperience work)
    {
        //提供Clone方法调用的私有构造函数，以便克隆“工作经历”数据
        this.work = (WorkExperience)work.Clone();
    }

    /// <summary>
    /// 设置个人信息
    /// </summary>
    /// <param name="sex"></param>
    /// <param name="age"></param>
    public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
    {
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /// <summary>
    /// 设置工作经历
    /// </summary>
    /// <param name="workDate"></param>
    /// <param name="company"></param>
    public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
    {
        work.WorkDate = workDate;
        work.Company = company;
    }

    /// <summary>
    /// 显示
    /// </summary>
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0}{1}{2}", name, sex, age);
        Console.WriteLine("工作经历：{0}{1}", work.WorkDate, work.Company);
    }

    public object Clone()
    {
        //调用私有的构造方法，让“工作经历”克隆完成，然后再给这个简历对象的相关字段赋值，
        //最终返回一个深复制的简历对象
        Resume obj = new Resume(this.work);
        obj.name = this.name;
        obj.sex = this.sex;
        obj.age = this.age;
        return obj;
    }
}

客户端调用代码一样

结果

张三    男    30
工作经历    2010-2018    腾讯公司
张三    男    30
工作经历    2010-2015    阿里公司
张三    女    18
工作经历    2010-2015    百度公司

由于在一些特定场合，会经常涉及深复制和浅复制，比如说，数据集对象DataSet，它就有Clone()方法和Copy()方法，Clone()方法用来复制DataSet的结构，但不复制DataSet的数据，实现了原型模式的浅复制，
Copy()方法不但复制结构，还复制数据，其实就是实现了原型模式的深复制。

五、总结

原型模式通过Object的clone()方法实现，由于是内存操作，无视构造方法和访问权限，直接获取新的对象。但对于引用类型，需使用深拷贝，其它浅拷贝即可。