設計模式-創建型-原型模式

引言：

　　原型模式是什麼？它是在什麼場景下被提出的呢？本章節，我們將詳細瞭解下原型模式。

　　在軟體系統中，當創建一個類的實例過程過於昂貴或複雜，並且我們需要創建多個這樣類的實例時，如果我們通過new來創建類實例，這就會增加創建類的複雜度和創建過程與客戶代碼複雜的耦合度。如果採用工廠模式來創建這樣的實例對象的話，隨著產品類的不斷增加，導致子類的數量不斷增多，也導致了相應工廠類的增加，維護的代碼維度增加了，因為有產品和工廠兩個維度了，反而增加了系統複雜程度，所以在這裡使用工廠模式來封裝類創建過程並不合適。由於每個類實例都是相同的（類型相同），但是每個實例的狀態參數會有不同，如果狀態數值也相同就沒意義了，有一個這樣的對象就可以了。當我們需要多個相同的類實例時，可以通過對原來對象拷貝一份來完成創建，這個思路正是原型模式的實現方式。

定義：

　　原型模式就是通過給出一個原型對象來指明所要創建的對象類型，然後用複製這個對象的方法來創建更多的同類型對象。 

原型模式的兩種類型： 

　　object類的clone方法只會拷貝對象中基本的數據類型，對於數組、容器對象、引用對象等都不會拷貝，這就是淺拷貝。如果要實現深拷貝，必須將原型模式中的數組、容器對象、引用對象等另行拷貝。 

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         SunWukong sunwukong = new SunWukong()
 6         {
 7             Id = 1,
 8             Name = "孫悟空",
 9             Weapon = new Weapon()
10             {
11                 Name = "如意金箍棒"
12             }
13         };
14         SunWukong xingzhesun = (SunWukong)sunwukong.Clone();
15         Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
16         Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
17         Console.WriteLine("===============================");
18 
19         // 驗證克隆後屬性之間是否共用
20         xingzhesun.Id = 2;
21         xingzhesun.Name = "行者孫";
22         xingzhesun.Weapon.Name = "釘耙";
23         Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
24         Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
25         // 從結果可以看出，對於基本類型屬性，克隆之後不共用，而對於對象來說是共用的，這就是淺拷貝
26         Console.WriteLine("===============================");
27         Console.WriteLine($"孫悟空的武器{sunwukong.Weapon.GetHashCode()}，行者孫的武器{sunwukong.Weapon.GetHashCode()}");
28         // 列印hashcode值可以看出，克隆後的實例與原型的Weapon指向同一個地址
29     }
30 }
31 
32 internal class SunWukong : ICloneable
33 {
34     public int Id { get; set; }
35     public string Name { get; set; }
36     public Weapon Weapon { get; set; }
37 
38     public object Clone()
39     {
40         return this.MemberwiseClone();
41     }
42 }
43 
44 internal class Weapon
45 {
46     public string Name { get; set; }
47 }

　　.net中提供了原型，即System命名空間下的介面ICloneable，只要實現該介面的Clone方法就可以之間原型拷貝。上述代碼中遺留了一個問題，如何實現深拷貝問題。 

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         SunWukong sunwukong = new SunWukong()
 6         {
 7             Id = 1,
 8             Name = "孫悟空",
 9             Weapon = new Weapon()
10             {
11                 Name = "如意金箍棒"
12             }
13         };
14         SunWukong xingzhesun = (SunWukong)sunwukong.Clone();
15         // 引用類型再進行拷貝
16         xingzhesun.Weapon = (Weapon)xingzhesun.Weapon.Clone();
17         Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
18         Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
19         Console.WriteLine("===============================");
20         xingzhesun.Id = 2;
21         xingzhesun.Name = "行者孫";
22         xingzhesun.Weapon.Name = "釘耙";
23         Console.WriteLine($"{xingzhesun.Id}-{xingzhesun.Name}-{xingzhesun.Weapon.Name}");
24         Console.WriteLine($"{sunwukong.Id}-{sunwukong.Name}-{sunwukong.Weapon.Name}");
25         Console.WriteLine("===============================");
26         Console.WriteLine($"孫悟空的武器{sunwukong.Weapon.GetHashCode()}，行者孫的武器{xingzhesun.Weapon.GetHashCode()}");
27     }
28 }
29 
30 internal class SunWukong : ICloneable
31 {
32     public int Id { get; set; }
33     public string Name { get; set; }
34     public Weapon Weapon { get; set; }
35 
36     public object Clone()
37     {
38         return this.MemberwiseClone();
39     }
40 }
41 
42 internal class Weapon : ICloneable
43 {
44     public string Name { get; set; }
45 
46     public object Clone()
47     {
48         return this.MemberwiseClone();
49     }
50 }

深拷貝：

　　1、複製對象的基本數據類型的成員變數值。

　　2、為所有引用類型的成員變數申請存儲空間，並複製每個引用數據類型成員變數所引用的對象，直到該對象可達的所有對象。也就是說，對象進行深拷貝要對整個對象進行拷貝。

　　3、深拷貝實現方式1：重寫clone方法。

　　4、深拷貝實現方式2：通過對象序列化。 

 1 //對象深拷貝
 2  public static T Copy<T>(T oldObject) where T : class,new()
 3  {
 4     T newOrder = new T();
 5     MemoryStream stream = new MemoryStream();
 6     BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();
 7     bf.Serialize(stream, oldObject);
 8     stream.Position = 0;
 9     newOrder = (bf.Deserialize(stream) as T);
10     return newOrder;
11 }

原型模式的註意事項和細節：

　　1、創建新的對象比較複雜時，可以利用原型模式簡化對象的創建過程，同時也能夠提高效率。

　　2、不用重新初始化對象，而是動態地獲取對象運行時的狀態。

　　3、如果原始對象發生變化（增加或減少屬性），其它克隆對象也會發生相應的變化，無需修改代碼。

　　4、在實現深克隆的時候可能需要比較複雜的代碼。　　　　

　　5、使用原型模式複製不會調用類的構造方法。因為對象的複製是通過調用clone方法完成的，它直接在記憶體種複製數據，因此不會調用到類的構造方法。不但構造方法中的代碼不會執行，甚至連訪問許可權都對原型模式無效。單例模式中，我們通過私有化構造函數來實現單例模式，但clone方法直接無視構造方法的許可權，所以，單例模式與原型模式是衝突的。

原型模式的優點：

　　1、原型模式向客戶隱藏了創建新實例的複雜性。

　　2、原型模式允許動態增加或較少產品類。

　　3、原型模式簡化了實例的創建結構，工廠方法模式需要有一個與產品類等級結構相同的等級結構，而原型模式不需要這樣。

　　4、產品類不需要事先確定產品的等級結構，因為原型模式適用於任何的等級結構。

缺點：

　　1、需要為每一個類配備一個克隆方法，這對全新的類來說不是很難，但對已有的類進行改造時，需要修改源碼，即違反了OCP原則。

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

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