深入浅出设计模式——原型模式（Prototype Pattern）

模式动机

在面向对象系统中，使用原型模式来复制一个对象自身，从而克隆出多个与原型对象一模一样的对象。
在软件系统中，有些对象的创建过程较为复杂，而且有时候需要频繁创建，原型模式通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象，这就是原型模式的意图所在。

模式定义
原型模式(Prototype Pattern)：原型模式是一种对象创建型模式，用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。原型模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无须知道任何创建的细节。
原型模式的基本工作原理是通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝原型自己来实现创建过程。
Prototype Pattern: Specify the kind of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype.
Frequency of use: medium
UML图

模式结构
原型模式包含如下角色：
Prototype：抽象原型类
ConcretePrototype：具体原型类
Client：客户类

分析
通常情况下，一个类包含一些成员对象，在使用原型模式克隆对象时，根据其成员对象是否也克隆，原型模式可以分为两种形式：深克隆和浅克隆。
浅复制：被复制的对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象。
深复制：把引用对象的变量指向复制过的新对象，而不是原有的被引用的对象。

示例：数据集对象DataSet，它就有Clone（）方法和Copy（）方法，Clone（）方法用来复制DataSet的结构，但不复制DataSet的数据，实现了原型模式的浅复制。Copy（）方法不但复制结构，也复制数据，其实就是实现了原型模式的深复制。

模式实例与解析
简历的浅复制实现
体系结构

Resume.cs

客户端代码

简历的深复制实现
体系结构

WorkExperience.cs

using System;

namespace PrototypePattern
{
    class WorkExperience : ICloneable
    {
        private string workDate;
        public string WorkDate
        {
            get { return workDate; }
            set { workDate = value; }
        }
        private string company;
        public string Company
        {
            get { return company; }
            set { company = value; }
        }
        public Object Clone()
        {
            return (Object)this.MemberwiseClone();
        }
    }
}

Resume.cs

using System;

namespace PrototypePattern
{
    class Resume : ICloneable
    {
        private string name;
        private string sex;
        private string age;
        private WorkExperience work;
        public Resume(string name)
        {
            this.name = name;
            work = new WorkExperience();
        }
        private Resume(WorkExperience work)
        {
            //提供Clone方法调用的私有构造函数，以便克隆“工作经历”的数据
            this.work = (WorkExperience)work.Clone();
        }
        public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
        {
            this.sex = sex;
            this.age = age;
        }
        public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
        {
            work.WorkDate = workDate;
            work.Company = company;
        }
        public void Display()
        {
            Console.WriteLine("{0} {1} {2}", name, sex, age);
            Console.WriteLine("工作经历：{0} {1}", work.WorkDate, work.Company);
        }
        public Object Clone()
        {
            Resume obj = new Resume(this.work);
            obj.name = this.name;
            obj.sex = this.sex;
            obj.age = this.age;
            return obj;
        }
    }
}

客户端代码

using System;

namespace PrototypePattern
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Resume a = new Resume("张三");
            a.SetPersonalInfo("男", "");
            a.SetWorkExperience("1998-2000", "XX公司");
            //只需要调用Clone方法就可以实现新简历的生成，并且再修改新简历的细节
            Resume b = (Resume)a.Clone();
            b.SetWorkExperience("1996-2006", "YY公司");

            Resume c = (Resume)a.Clone();
            c.SetPersonalInfo("男", "");

            a.Display();
            b.Display();
            c.Display();
            Console.Read();
        }
    }
}

原型模式的优点
当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，通过一个已有实例可以提高新实例的创建效率。
可以动态增加或减少产品类。
原型模式提供了简化的创建结构。
可以使用深克隆的方式保存对象的状态。

原型模式的缺点
需要为每一个类配备一个克隆方法，而且这个克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，不一定是件容易的事，必须修改其源代码，违背了“开闭原则”。
在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码。

模式适用环境
在以下情况下可以使用原型模式：
 创建新对象成本较大，新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得，如果是相似对象，则可以对其属性稍作修改。
 如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占内存不大的时候，也可以使用原型模式配合备忘录模式来应用。相反，如果对象的状态变化很大，或者对象占用的内存很大，那么采用状态模式会比原型模式更好。
 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态，通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。