c#中原型模式详解

基础介绍：

具体可分为2个角色：

Prototype（原型类）：声明一个Clone自身的接口；

ConcretePrototype（具体原型类）：，实现一个Clone自身的操作。

　　在原型模式中，Prototype通常提供一个包含Clone方法的接口，具体的原型ConcretePrototype使用Clone方法完成对象的创建。

本质：通过拷贝这些原型对象创建新的对象。

根据其本质可以理解，原型本身就是通过一个自身的Clone方法来进行自我复制，从而产生新的对象。

比如，孙猴子吹猴毛变化多个克隆体时，就是用了原型模式，通过对自身的自我复制从而生产出N个分身。

所以从本质出发，想要实现这个功能，可以引出两个概念：其一就是浅层复制，再则就是深层复制。

浅层复制：通过this.MemberWiseClone()，对实例的值类型进行拷贝（包含string类型），对引用类型只拷贝了引用。浅拷贝只对值类型成员进行复制，对于引用类型，只是复制了其引用，并不复制其对象。

深层复制：需要通过反射和序列化来实现。

应用场景：

对象在创建（new）时，消耗资源过多或繁琐耗时。

本质就是在对象的构造函数中有耗时长或者占用系统资源多的情况，

使用原型模式进行复制对象时，可以省去这些耗时耗力的操作，直接获得对象的具体实例。

最常见的使用场景之一就是对象历史节点的保存，比如在对对象进行操作一次后，进行一次复制保存当前状态（恢复到某一历史状态），可实现撤销操作。

创建方式：

原型类----用来规范具体原型

 1     /// <summary>

 2     /// 原型类

 3     /// </summary>

 4     public abstract class Prototype

 5     {

 6         /// <summary>

 7         /// 值类型

 8         /// </summary>

 9         public int Id { get; set; }

10

11         /// <summary>

12         /// 字符串

13         /// </summary>

14         public string strMessage { get; set; }

15

16         /// <summary>

17         /// 引用类型

18         /// </summary>

19         public Dictionary<int, string> keyValuePairs = new Dictionary<int, string>() { };

20

21         /// <summary>

22         /// 构造函数

23         /// </summary>

24         /// <param name="id"></param>

25         public Prototype(int id)

26         {

27             this.Id = id;

28         }

29

30         /// <summary>

31         /// 复制函数

32         /// </summary>

33         /// <returns></returns>

34         public abstract Prototype Clone();

35     }

通过上述代码可以看出，为了更好的展示原型类的特性，原型类中声明了值类型和引用类型来展示各自的变化。

具体原型类

 1     /// <summary>

 2     /// 创建具体原型

 3     /// </summary>

 4     public class ConcretePrototype : Prototype

 5     {

 6         public ConcretePrototype(int id)

 7             : base(id)

 8         { }

 9

10         /// <summary>

11         /// 浅拷贝

12         /// </summary>

13         /// <returns></returns>

14         public override Prototype Clone()

15         {

16             // 调用MemberwiseClone方法实现的是浅拷贝，另外还有深拷贝

17             return (Prototype)this.MemberwiseClone();

18         }

19     }

通过MemberwiseClone方法实现浅拷贝，即复制值类型属性生成新的，而引用类型的属性只复制其引用，并没有生成新的。

客户端调用

 1     class Program

 2     {

 3         static void Main(string[] args)

 4         {

 5             ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype(1);

 6             concretePrototype.strMessage = "AAAAAAAAA";

 7             concretePrototype.keyValuePairs.Add(1, "A");

 8             concretePrototype.keyValuePairs.Add(2, "B");

 9             Console.WriteLine("id：{0}", concretePrototype.Id);

10             Console.WriteLine("strMessage：{0}", concretePrototype.strMessage);

11             Console.WriteLine("keyValuePairs：");

12             foreach (KeyValuePair<int,string> item in concretePrototype.keyValuePairs)

13             {

14                 Console.WriteLine("KEY：{0}  Value：{1}", item.Key, item.Value);

15             }

16

17             Console.WriteLine("\r\n");

18

19             ConcretePrototype concretePrototype2 = (ConcretePrototype)concretePrototype.Clone();

20             concretePrototype2.strMessage = "BBBBBBBBB";

21             concretePrototype2.keyValuePairs[1] = "A1";

22             Console.WriteLine("id：{0}", concretePrototype2.Id);

23             Console.WriteLine("strMessage：{0}", concretePrototype2.strMessage);

24             Console.WriteLine("keyValuePairs：");

25             foreach (KeyValuePair<int, string> item in concretePrototype2.keyValuePairs)

26             {

27                 Console.WriteLine("KEY：{0}  Value：{1}", item.Key, item.Value);

28             }

29

30             Console.WriteLine("\r\n");

31

32             Console.WriteLine("id：{0}", concretePrototype.Id);

33             Console.WriteLine("strMessage：{0}", concretePrototype.strMessage);

34             Console.WriteLine("keyValuePairs：");

35             foreach (KeyValuePair<int, string> item in concretePrototype.keyValuePairs)

36             {

37                 Console.WriteLine("KEY：{0}  Value：{1}", item.Key, item.Value);

38             }

39             Console.ReadKey();

40         }

41     }

上述代码中，首先创建了一个concretePrototype原型对象，然后给字符串类型的strMessage赋值“AAAAAAAAA”。然后给引用类型的keyValuePairs字典添加key=1和key=2，值分别是A和B。

通过Clone()方法进行原型对象的复制操作，生成新对象concretePrototype2。

修改新对象中的strMessage属性和keyValuePairs字典中key=1的值为“A1”。

通过打印出的内容可以看出新对象中的strMessage值修改并不会影响原型对象中的内容，而引用类型keyValuePairs则发生了改变。

通过这个实例可以看出浅复制，对值类型进行全盘拷贝，对引用类型只拷贝了引用地址。

修改上述实例，将浅复制改为深复制

 1     /// <summary>

 2     /// 原型类

 3     /// </summary>

 4     [Serializable]

 5     public abstract class Prototype

 6     {

 7         ......

 8     }

 9

10         /// <summary>

11     /// 创建具体原型

12     /// 如果是要通过序列化来进行深拷贝的话，要打上Serializable标签

13     /// </summary>

14     [Serializable]

15     public class ConcretePrototype : Prototype

16     {

17         public ConcretePrototype(int id)

18             : base(id)

19         { }

20

21         /// <summary>

22         /// 深拷贝

23         /// </summary>

24         /// <returns>返回一个全新的Person对象</returns>

25         public override Prototype Clone()

26         {

27             //创建一个内存流

28             MemoryStream ms = new MemoryStream();

29             //创建一个二进制序列化对象

30             BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();

31             //将当前对象序列化写入ms内存流中

32             bf.Serialize(ms, this);

33             //设置流读取的位置

34             ms.Position = 0;

35             //将流反序列化为Object对象

36             return bf.Deserialize(ms) as Prototype;

37         }

38     }

上述实例通过序列化进行深复制，当然也可以使用反射等技术进行深复制。

运行后可以看出，深复制后引用类型也会生成一个新的地址。

总结：

原型模式就是对对象进行复制操作，而避免重复进行初始化操作，生产多个克隆对象。