原型模式(Prototype Pattern)

Posted 2021-02-17 回忆酿的甜

• 原型模式概述

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 定义：使用原型实例指定待创建对象的类型，并且通过复制这个原型来创建新的对象。简单的来说就是克隆(Clone),通过已经存在的，将其复制而产生新的。原型模式属于创建型模式，将一个原型对象传给要发动创建的对象(客户端对象)，该对象通过请求原型对象复制自己来实现创建过程。

既然是通过Clone创建的，那么就会存该拷贝是浅拷贝还是深拷贝的问题了。

浅拷贝(Shallow Clone):当原型对象被复制时，只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员变量并没没复制。如我想将A复制一份出来，命名为为B，那么我在浅拷贝后，确实可以得到A和B。而且A和B的值也相等，但是，我将B的值稍作修改，A的值也会变动，这往往不是我们想要的。因为我们想拷贝一个副本出来，二者也能独立，这样才算拷贝。但是，浅拷贝后A和B却是指向同一片地址空间，也就是二者共用一个值，改一个，两个都变。

深拷贝(Deep Clone):除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也被复制，就是我们想要的那种拷贝，即有一个副本，与原者老死不想往来，互不影响

 原型模式的实现 :

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结构:

1. Prototype(抽象原型类):声明克隆方法的接口，所有具体原型类的公共父类，抽象类、接口皆可，也可是具体类
2. ConcretePrototpye(具体原型类):实现在抽象原型类中声明的克隆方法，返回自己的克隆对象
3. Client(客户类):让一个原型对象克隆自身而创建一个新的对象，直接实例化或通过工厂方法创建一个原型对象，在调用克隆方法即可

• 原型模式应用实例

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 问题描述：为某销售管理系统设计并实现一个客户类Customer，在客户类中包含一个名为客户地址的成员变量，客户地址的类型为Address，用浅克隆和深克隆分别实现Customer对象的复制，并比较这两种克隆方式的异同(异同前面简单说了，就不重复了)

结构 :

  1 using System;
  2 using System.Collections.Generic;
  3 using System.Linq;
  4 using System.Text;
  5 using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary; //序列化
  6 using System.IO;//文件
  7 using System.Runtime.Serialization;//序列化异常处理
  8 
  9 namespace Customer
 10 {
 11     [Serializable]//将Customer类设置为可序列化
 12     public abstract class Customer : ICloneable
 13     {
 14         public abstract object Clone();
 15     }
 16 
 17     [Serializable]//将Address类设置为可序列化
 18     public class Address//地址类
 19     {
 20         private string province;
 21         private string city;
 22 
 23         public string City
 24         {
 25             get { return city; }
 26             set { city = value; }
 27         }
 28 
 29         public string Province
 30         {
 31             get { return province; }
 32             set { province = value; }
 33         }
 34 
 35         public  Address(string province,string city)
 36         {
 37             this.province = province;
 38             this.city = city;
 39         }
 40 
 41         public override string ToString()//打印地区
 42         {
 43             return "地址为：" + province + " 省，" + city + " 市。";
 44         }
 45     }
 46 
 47     [Serializable]//将CustomerA设置为可序列化
 48     public class CustomerA : Customer//顾客A类
 49     {
 50         private string name;
 51         private int age;
 52         private string call;
 53         private Address address;
 54 
 55         public Address Address
 56         {
 57             get { return address; }
 58             set { address = value; }
 59         }
 60 
 61         public string Name
 62         {
 63             get { return name; }
 64             set { name = value; }
 65         }
 66        
 67         public int Age
 68         {
 69             get { return age; }
 70             set { age = value; }
 71         }
 72         
 73         public string Call
 74         {
 75             get { return call; }
 76             set { call = value; }
 77         }
 78 
 79         public CustomerA(string name, int age, string call,Address address)
 80         {
 81             this.name = name;
 82             this.age = age;
 83             this.call = call;
 84             this.address = address;
 85         }
 86 
 87         public override string ToString()
 88         {
 89             return "客户A--姓名：" + this.name + " 年龄：" + this.age + " 联系方式：" + this.call + " "+ this.address.ToString();
 90         }
 91 
 92        #region 浅克隆+this.MemberwiseClone()
 93        public  object MemClone()
 94        {
 95            return this.MemberwiseClone();
 96        } 
 97        #endregion
 98 
 99        #region 深克隆+object Clone()
100        public override object Clone()
101        {
102            Kits.FileSer(@"d:\\1.txt", this);//
103            object obj = Kits.FileDSer(@"d:\\1.txt");
104            return obj;
105        }
106        #endregion
107     }
108 
109     [Serializable]//将CustomerB设置为可序列化
110     public class CustomerB : Customer//顾客B类
111     {
112         private string name;
113         private int age;
114         private string call;
115         private Address address;
116 
117         public Address Address
118         {
119             get { return address; }
120             set { address = value; }
121         }
122 
123         public string Name
124         {
125             get { return name; }
126             set { name = value; }
127         }
128 
129         public int Age
130         {
131             get { return age; }
132             set { age = value; }
133         }
134 
135         public string Call
136         {
137             get { return call; }
138             set { call = value; }
139         }
140 
141         public CustomerB(string name, int age, string call, Address address)
142         {
143             this.name = name;
144             this.age = age;
145             this.call = call;
146             this.address = address;
147         }
148 
149         public override string ToString()
150         {
151             return "客户B--姓名：" + this.name + " 年龄：" + this.age + " 联系方式：" + this.call + " " + this.address.ToString();
152         }
153 
154        #region 浅克隆+this.MemberwiseClone()
155        public  object MemClone()
156        {
157            return this.MemberwiseClone();
158        } 
159        #endregion
160 
161        #region 深克隆+object Clone()
162        public override object Clone()
163        {
164            Kits.FileSer(@"d:\\1.txt", this);//读
165            object obj = Kits.FileDSer(@"d:\\1.txt");//写
166            return obj;
167        }
168         #endregion
169     }
170     
171    public class Kits//工具类
172     {
173        public static void FileSer(string path,object obj)//读出信息
174        {
175            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.OpenOrCreate);//通道 序列化
176            BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();//搬运工
177            try
178            {
179                bf.Serialize(fs, obj);//序列化
180            }
181            catch (SerializationException e)
182            {
183                Console.WriteLine("该文件进行序列化失败。原因 : " + e.Message);
184                throw;
185 
186            }
187            finally { fs.Close(); }
188        }
189 
190        public static object  FileDSer(string path)//写入
191        {
192            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open);//通道、路径，权限
193            BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();//搬运工
194            object obj = null;
195            try
196            {
197                obj=bf.Deserialize(fs);//反序列化
198            }
199            catch (SerializationException e)
200            {
201                Console.WriteLine("该文件进行反序列化失败。原因 : " + e.Message);
202                throw;
203 
204            }
205            finally 
206            {                
207                fs.Close();
208            }
209            return obj;
210        }
211     }
212 
213     class Program
214     {
215         static void Main(string[] args)
216         {
217             Console.WriteLine("\\n--------------------------------Customer-------------------------------------");
218             Address addr1 = new Address("中国江苏", "扬州");
219             CustomerA c1 = new CustomerA("社会人c1", 20, "13288888888", addr1);
220             Console.WriteLine(c1.ToString());//c1的作为原对象
221 
222             Console.WriteLine("\\n-----------------------------------Copy(c2 = c1)-------------------------------------");
223             CustomerA c2 = c1;
224             Console.WriteLine("社会人c2，更新信息.直接复制对象\\n");
225             Console.WriteLine();
226             Console.WriteLine(c2.ToString());
227 
228             Console.WriteLine("\\n-----------------------------ShallowCopy-------------------------------------");
229             Console.WriteLine();
230             Console.WriteLine("社会人c3，更新信息\\n");
231             CustomerA c3 = (CustomerA)c1.MemClone();//浅克隆
232             Console.WriteLine(c3.ToString());
233 
234             Console.WriteLine("此时 c2:");
235             Console.WriteLine(c2.ToString());
236 
237             Console.WriteLine("\\n--------------------------------Customer-------------------------------------\\n");
238             Console.WriteLine();
239             Address addr2 = new Address("中国广东", "广州");
240             CustomerB c4 = new CustomerB("小猪佩琪", 24, "16612345678", addr2);
241             Console.WriteLine("c4 "+c4.ToString());
242             Console.WriteLine("\\n--------------------------------DeepCopy(update c5.Age = 26)--------------------------\\n");
243 
244             CustomerB c5 = (CustomerB)c4.Clone();
245             c5.Age = 26;
246             Console.WriteLine("一年后，搬家\\n");
247             c5.Address = new Address("中国天津", "河西区");
248             Console.WriteLine(c5.ToString());
249 
250             Console.WriteLine("此时 c4:");
251             Console.WriteLine(c4.ToString());
252             ;
253         }
254     }
255 }

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运行结果：

上述FileStream类和BinaryFormatter类是实现对象序列化和反序列化的操作的，就是用序列化把当前对象写入流中，流入文件，再用反序列化从文件中流出对象。文件相当于中介，当然，中介还可以是内存、网络。

• 原型管理器

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 简单介绍：原型管理器(Prototype Manager)就是将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象获得。

 1 using System.Collections;
 2 class PrototypeManager
 3 {
 4 Hashtable ht = new Hashtable();  //使用Hashtable存储原型对象
 5     public PrototypeManager()
 6     {
 7         ht.Add("A", new ConcretePrototypeA());
 8         ht.Add("B", new ConcretePrototypeB());
 9     }
10     public void Add(string key, Prototype prototype)
11     {
12         ht.Add(key,prototype);
13     }
14     public Prototype Get(string key)
15     {
16         Prototype clone = null;
17         clone = ((Prototype)ht[key]).Clone();  //通过克隆方法创建新对象
18         return clone;
19     }
20 }

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原型模式的优缺点和适用环境

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• 原型模式的优点：

1. 简化对象的创建过程，通过复制一个已有对象实例可以提高新实例的创建效率
2. 扩展性好
3. 提供了简化的创建结构，原型模式中的产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无需专门的工厂类来创建产品
4. 可以通过深克隆的方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份并其状态保存起来，以便在需要的时候使用，可辅助实现撤销操作

• 原型模式的缺点：

1. 需要为每一个类准备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有类进行改造时，需要修改原代码，违背了开闭原则
2. 在实现深克隆时需要写较复杂的代码，而且当对象之间存在多重的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类必须支持深克隆，实现起来较烦较烦....

• 原型模式的适用环境：

1. 创建新对象成本较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量修改
2. 系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小
3. 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方便