c#中原型模式详解

2023-11-07 08:30 由少年真爱发表于 #软件设计

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     }

View Code

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     }

View Code

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     }

View Code

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     }

View Code

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。