原型模式 原型模式的適用場景 淺拷貝 深拷貝 用Initialize方法修改初始化狀態 原型模式與之前學習的各種工廠方法、單例模式、建造者模式最大、最直觀的區別在於，它是從一個既有的對象“克隆”出新的對象，而不是從無到有創建一個全新的對象。與對文件的拷貝類似，原型模式是基於現有的對象拷貝新的對象。 ...
- 原型模式
- 原型模式的適用場景
- 淺拷貝
- 深拷貝
- 用Initialize方法修改初始化狀態
原型模式與之前學習的各種工廠方法、單例模式、建造者模式最大、最直觀的區別在於，它是從一個既有的對象“克隆”出新的對象，而不是從無到有創建一個全新的對象。與對文件的拷貝類似，原型模式是基於現有的對象拷貝新的對象。
原型模式
GOF對原型模式的描述為：
Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype..
— Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software
原型模式的構造對象的的過程是，選擇一個現成對象（原型對象），通過調用它的“克隆”方法來獲得一個和它一樣的對象。
其UML類圖為：
原型模式的適用場景
原型模式適用與如下場景：
- Factory、Builder、Singleton返回的都是“初始狀態”的對象，但有的時候需要的對象反而是處於某種狀態的對象；
- 如果一個對象的初始化需要很多其他對象的數據準備或其他資源的繁瑣計算，則可以使用原型模式直接克隆；
- 當需要一個對象的大量公共信息，少量欄位進行個性化設置的時候，也可以使用原型模式拷貝出現有對象的副本進行加工處理。
淺拷貝
拷貝有淺拷貝與深拷貝之分，淺拷貝會複製值類型的欄位，但對於引用類型則只複製引用，相當於原型與副本仍然共用同一個引用類型，所以淺拷貝是不徹底的。
而深拷貝則與之相反，深拷貝會開闢一塊另外的記憶體區域，把原型包括值類型和引用類型都逐位複製過去。
在C#中其實有內置的原型模式支持，object類型自帶的MemberwiseClone方法實現的是淺拷貝，還有ICloneable介面，在實現這個介面時可以自行決定拷貝的深度。
基於淺拷貝實現的原型模式：
public interface IProtoType
{
IProtoType Clone();
string Name { get; set; }
}
public class ConcretePrototype : IProtoType
{
public string Name { get; set; }
public IProtoType Clone()
{
return (IProtoType)this.MemberwiseClone();
}
}
深拷貝
深拷貝是把引用目標地址的內容逐個bit地複製一份，看起來簡單，但實現起來並不容易，因為成員可能是引用類型，而且可能存在引用類型的嵌套，最正規的方法是通過反射不斷深入嵌套結構的內部，類似對樹的遍歷，碰到引用類型，就重新new一個。還有一種比較取巧的方法是利用二進位、Json、XML等序列化、反序列化來實現。但序列化方式的性能很差，如果拷貝的次數較多，這個劣勢會更加明顯。
二進位序列化方式相比其他兩種更加靈活，可以通過NonSerializedAttribute設置序列化時忽略的屬性。
通過二進位序列化來拷貝：
[Serializable]
public class DeepClone : IProtoType
{
[NonSerialized]
public List<string> Users = new List<string>();
public string Name { get; set; }
public IProtoType Clone()
{
string graph = SerializeHelper.BinarySerialize(this);
return SerializeHelper.BinaryDeSerialize<IProtoType>(graph);
}
}
//序列化工具類
public class SerializeHelper
{
public static string BinarySerialize(object graph)
{
using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream())
{
IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
formatter.Serialize(memoryStream, graph);
Byte[] arrGraph = memoryStream.ToArray();
return Convert.ToBase64String(arrGraph);
}
}
public static T BinaryDeSerialize<T>(string graph)
{
Byte[] arrGraph = Convert.FromBase64String(graph);
using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream(arrGraph))
{
IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
return (T)formatter.Deserialize(memoryStream);
}
}
}
用Initialize方法修改初始化狀態
有些時候，客戶程式需要的不僅僅是千篇一律的副本，還要求副本的某些屬性具有不同的狀態，之前原型模式的適用場景也提到過當需要一個對象的大量公共信息，少量欄位進行個性化設置的時候，面對這種需求，如果想要增加幾個Clone方法的重載，就會破壞設計模式封裝變化的初衷，如果後續還有其他的初始化需求，增加更多的重載方法是不現實的。
《設計模式：可復用面向對象軟體的基礎》對此有一個建議，就是增加一個名為Initialize()的操作，把不穩定性轉嫁到這個方法上。在C#還可以藉助params類型特性，支持可變參數。
調用端在Clone操作之後，再調用Initialize方法，並把指定的初始化參數傳入以設定對象的內部狀態。
參考書籍：
王翔著 《設計模式——基於C#的工程化實現及擴展》
