创建型模式(五) 原型模式（Prototype）

一、动机（Motivation）

在软件系统中，经常面临着“某些结构复杂的对象”的创建工作；由于需求的变化，这些对象经常面临着剧烈的变化，但是它们却拥有比较稳定一致的接口。
如何应对这种变化？如何向“客户程序（使用这些对象的程序）”隔离出“这些易变对象”，从而使得“依赖这些易变对象的客户程序”不随着需求改变而改变？

二、意图（Intent）

使用原型实例指定创建对象的种类，然后通过拷贝这些原型来创建新的对象——《设计模式》GoF

三、结构（Structure）

我们看了这么多设计模式的类图了，大家应该也总结出一些经验来，客户端依赖的都是抽象的接口，【这个接口不是C#语言里面的Interface或者抽象类】，原型模式里面有一个抽象原型对象，他是稳定的，通过自身的克隆实现对象的创建。

四、模式的组成

可以看出，在原型模式的结构图有以下角色：
（1）、原型类（Prototype）：原型类，声明一个Clone自身的接口；
（2）、具体原型类（ConcretePrototype）：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。

五、原型模式的具体实现

假设在一些打斗游戏场景中，有这样一些角色，普通(NormalActor),可以飞的(FlyActor).

//抽象原型（相当于工厂）

public abstract class NormalActor

{

    public abstract NormalActor Clone();

}

public abstract class FlyActor

{

    public abstract FlyActor Clone();

}

//具体实现

public class NormalActorA : NormalActor

{

    public override NormalActor Clone()

    {

        return (NormalActor)this.MemberwiseClone();

    }

}

public class FlyActorA : FlyActor

{

    public override FlyActor Clone()

    {

        return (FlyActor)this.MemberwiseClone();

    }

}

客户程序：

public class GameSystem

{

    public void Run(NormalActor normalActor, FlyActor flyactor)//如果把参数定义成属性也可以的不影响设计模式的实现。

    {

        //需要3个小兵

        NormalActor noramlActor1 = normalActor.Clone();//克隆

        NormalActor noramlActor2 = normalActor.Clone();

        NormalActor noramlActor3 = normalActor.Clone();

        //需要两个飞人

        FlyActor flyActor1 = flyactor.Clone();

        FlyActor flyActor2 = flyactor.Clone();

    }

}

应用程序：

internal class App

{

    public static void Main()

    {

        GameSystem gamesystem = new GameSystem();

        gamesystem.Run(new NormalActorA(), new FlyActorA(), new FlyActorA());

    }

}

有一点要注意，MemberwiseClone方法只是一种浅拷贝，它只能拷贝所有的值类型和String，如果是引用类型（例如数组），它就会只拷贝引用，而不会重新创建对象，例如对数组，就只会拷贝数组的地址。

六、原型模式的实现要点：

　　Prototype模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些“易变类”拥有“稳定的接口”。
　　Prototype模式对于“如何创建易变类的实体对象”（创建型模式除了Singleton模式以外，都是用于解决创建易变类的实体对象的问题的）采用“原型克隆”的方法来做，它使得我们可以非常灵活地动态创建“拥有某些稳定接口”的新对象——所需工作仅仅是注册一个新类的对象（即原型），然后在任何需要的地方不断地Clone。
　　Prototype模式中的Clone方法可以利用.NET中的Object类的MemberwiseClone()方法或者序列化来实现深拷贝。

1、原型模式的优点：

（1）、原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性
        （2）、原型模式允许动态增加或较少产品类。
        （3）、原型模式简化了实例的创建结构，工厂方法模式需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构，而原型模式不需要这样。
        （4）、产品类不需要事先确定产品的等级结构，因为原型模式适用于任何的等级结构

2、原型模式的缺点：

（1）、每个类必须配备一个克隆方法
（2）、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。

3、原型模式使用的场景：

（1）、资源优化场景
                      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。
         （2）、性能和安全要求的场景
                    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。
         （3）、一个对象多个修改者的场景
                    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。

七、.NET 中原型模式的实现

在.NET中，微软已经为我们提供了原型模式的接口实现，该接口就是ICloneable，其实这个接口就是抽象原型，提供克隆方法，相当于与上面代码中Prototype抽象类，其中的Clone()方法来实现原型模式，如果我们想我们自定义的类具有克隆的功能，首先定义类实现ICloneable接口的Clone方法。其实在.NET中实现了ICloneable接口的类有很多

八、创建型模式的总结

Singleton模式解决的是实体对象个数的问题。除了Singleton之外，其他创建型模式解决的都是new所带来的耦合关系。
Factory Method，Abstract Factory，Builder都需要一个额外的工厂类来负责实例化“易变对象”，而Prototype则是通过原型（一个特殊的工厂类）来克隆“易变对象”。（其实原型就是一个特殊的工厂类，它只是把工厂和实体对象耦合在一起了）
如果遇到“易变类”，起初的设计通常从Factory Method开始，当遇到更多的复杂变化时，再考虑重构为其他三种工厂模式（Abstract Factory，Builder，Prototype）。
一般来说，如果可以使用Factory Method，那么一定可以使用Prototype。但是Prototype的使用情况一般是在类比较容易克隆的条件之上，如果是每个类实现比较简单，都可以只用实现MemberwiseClone，没有引用类型的深拷贝，那么就更适合了。Prototype如果要实现深拷贝，还需要在每个要克隆的类上加序列化标签，这点复杂度要考虑进程序中。