設計模式-原型模式詳解

一、原型模式的概念

　　原型模式屬於創建型設計模式。當要創建的對象類型由原型實例確定時使用它，該實例被克隆以生成新對象。

　　此模式用於

　　1、避免客戶端應用程式中的對象創建者的子類，如工廠方法模式。

　　2、避免以標準方式創建新對象的固有成本（例如，使用'new'關鍵字），當它對於給定的應用程式來說過於昂貴時。

　　上述定義來自wiki，簡單來說，就是創建一個全新的對象代價太高時，比如耗時太長時，能直接從現有實例中以較小的代價克隆出一個對象。

二、原型模式的實現

　　實現原型模式的方式之一為克隆，下麵我們來實現一下

　　1、先定義一個抽象原型，包含兩個克隆的虛方法（方便子類重寫）

namespace PrototypePattern
{
    using System;
    using System.IO;
    using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;

    [Serializable]
    public abstract class AbstractPrototype 
    {
        /// <summary>
        /// 淺克隆
        /// <remarks>使用objectMemberwiseClone</remarks>
        /// </summary>
        /// <returns>當前對象副本</returns>
        public virtual AbstractPrototype Clone()
        {
            return (AbstractPrototype)this.MemberwiseClone();
        }

        /// <summary>
        /// 深克隆
        /// <remarks>使用二進位序列化反序列化實現</remarks>
        /// </summary>
        /// <returns>當前對象副本</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、需要實現原型模式的類繼承此抽象類即可

namespace PrototypePattern
{
    using System;

    [Serializable]
    public class ConcretePrototype : AbstractPrototype
    {
        public int Number { get; set; }

        public Person Person { get; set; }
    }
}

Person類

namespace PrototypePattern
{
    using System;

    [Serializable]
    public class Person
    {
        public string Name { get; set; }

        public int Age { get; set; }
    }
}

以上代碼就實現了原型模式。

其中的克隆方式又分為淺克隆，深克隆，深克隆使用的是序列化反序列化的方式（需要在類上增加[Serializable]特性）。

淺克隆
複製出來的對象的所有變數都含有與原來的對象相同的值，而所有的對其他對象的引用仍然指向原來的對象。

深克隆
複製出來的所有變數都含有與原來的對象相同的值，那些引用其他對象的變數將指向複製出來的新對象，是一個全新的副本。

我們來測試一波

            {
                ConcretePrototype no0 = new ConcretePrototype() { Number = 0, Person = new Person() { Age = 17, Name = "Vincent" } };
                Console.WriteLine("第一次構造");
                Console.WriteLine($"No0：Number:{no0.Number}，Age:{no0.Person.Age}，Name:{no0.Person.Name}");

                Console.WriteLine("從No0淺克隆到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("從No0淺克隆到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("******************");
            }

看看結果

可以看到，通過淺克隆得到的對象和原對象共用引用對象，深克隆的反之。

以上是一般的實現方式，但是這裡使用的是繼承抽象原型類的方式。我們知道，C#里是單繼承，我們這裡繼承了抽象的原型類，就不能繼承其他類了，難免會有些不方便。下麵我們來改進一下。

三、改進

　　我們知道.NET框架里為我們提供了ICloneable介面，此介面只包含一個返回值為object的Clone方法。object類中提供了返回值為object、訪問級別為protected的MemberwiseClone方法。那麼我們只需要繼承ICloneable介面，實現Clone方法，把Clone方法訪問級別改為public即可實現原型模式，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();
        }
    }
}

這裡只有淺克隆，沒有深克隆，怎麼辦？我們使用擴展方法，為ICloneable介面擴展一個深克隆方法，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、總結

　　以上的實現只能應對一般的情況，如果需要應對複雜的情況，如克隆對象中指定的對象（例如單據的複製），就需要改進或增加克隆的實現方式。

　　文中的代碼下載：https://github.com/hzhhhbb/PrototypePattern

五、參考資料

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Prototype_pattern