设计模式学习笔记九：原型模式（Prototype Pattern）

1．概述
    意图：我们将已经存在的对象作为原型，用户可以通过复制这些原型创建新的对象。
    使用场合：当一个系统应该独立于产品的创建、构造和表示时，可以使用原型模式。在原型模式中，产品的创建和初始化再类的Clone方法中完成。在使用是，我们可以用一些列原型对象来代替生成相应对象的工厂对象，并且可以使拷贝、粘贴等操作独立于需要复制的对象。
    结构：
    原型模式（Prototype）：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。原型模式说白了就是从一个对象再创建另外一个可定制的对象，而且不需要直到任何创建的细节。

     

    原型模式基本代码：
    原型类：

Code
public abstract class Prototype
    {
        private string id;

        // Constructor 
        public Prototype(string id)
        {
            this.id = id;
        }

        // Property 
        public string Id
        {
            get { return id; }
        }

        public abstract Prototype Clone();
    }

    具体原型类：

Code
public class ConcretePrototype1 : Prototype
    {
        // Constructor 
        public ConcretePrototype1(string id)
            : base(id)
        {
        }

        public override Prototype Clone()
        {
            // Shallow copy 
            return (Prototype)this.MemberwiseClone();
        }
    }


    public class ConcretePrototype2 : Prototype
    {
        // Constructor 
        public ConcretePrototype2(string id)
            : base(id)
        {
        }

        public override Prototype Clone()
        {
            // Shallow copy 
            return (Prototype)this.MemberwiseClone();
        }
    }

    客户端：

Code
            ConcretePrototype1 p1 = new ConcretePrototype1("I");
            ConcretePrototype1 c1 = (ConcretePrototype1)p1.Clone();
            Console.WriteLine("Cloned: {0}", c1.Id);

            ConcretePrototype2 p2 = new ConcretePrototype2("II");
            ConcretePrototype2 c2 = (ConcretePrototype2)p2.Clone();
            Console.WriteLine("Cloned: {0}", c2.Id);

    2． 实例
    对于.NET而言，原型模式抽象类Prototype是用不着的，在.NET中System命名空间中提供了ICloneable接口，其中就是唯一的一个方法Clone(),这样我们只需要实现这个接口就可以完成原型模式了。
    下面看大话设计模式中的简历的原型实现：
代码结构图：

    简历类：

Code
public class Resume : ICloneable
    {
        private string name;
        private string sex;
        private string age;
        private string timeArea;
        private string company;

        public Resume(string name)
        {
            this.name = name;
        }

        //设置个人信息
        public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
        {
            this.sex = sex;
            this.age = age;
        }
        //设置工作经历
        public void SetWorkExperience(string timeArea, string company)
        {
            this.timeArea = timeArea;
            this.company = company;
        }

        //显示
        public void Display()
        {
            Console.WriteLine("{0} {1} {2}", name, sex, age);
            Console.WriteLine("工作经历：{0} {1}", timeArea, company);
        }

        public Object Clone()
        {
            return (Object)this.MemberwiseClone();
        }

}

    客户端调用：

Code
static void Main(string[] args)
{
    Resume a = new Resume("大鸟");
    a.SetPersonalInfo("男", "29");
    a.SetWorkExperience("1998-2000", "XX公司");
    Resume b = (Resume)a.Clone();
    b.SetWorkExperience("1998-2006", "YY企业");
    Resume c = (Resume)a.Clone();
    c.SetPersonalInfo("男", "24");
    a.Display();
    b.Display();
    c.Display();
    Console.Read();
}

    结果显示：
    大鸟男 29
    工作经历 1998-2000 XX公司
    大鸟 29
    工作经历 1998-2006 YY公司
    大鸟男 24
    工作经历 1998-2000 XX公司
    一般在初始化的信息不发生变化的情况下，克隆是最好的方法。这既隐藏了对象的创建细节，又对性能是大大的提高。
    下面我们来看深克隆和浅克隆:
    在上面的简历类中，数据都是string型的，而string是一种拥有值类型特点的特殊引用类型，MemberwiseClone()方法对于值类型的字段执行逐位复制，对于引用类型，则只复制引用的对象，因此，原对象及其副本引用同一个对象。我们看下面的引用类型的简历克隆的代码实现：
    代码结构图：

    详细代码：
    工作经历类：

Code
//工作经历
    public class WorkExperience
    {
        private string workDate;
        public string WorkDate
        {
            get { return workDate; }
            set { workDate = value; }
        }
        private string company;
        public string Company
        {
            get { return company; }
            set { company = value; }
        }
    }

    简历类：

Code
//简历
    public 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();
        }

        //设置个人信息
        public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
        {
            this.sex = sex;
            this.age = age;
        }
        //设置工作经历
        public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
        {
            work.WorkDate = workDate;
            work.Company = company;
        }

        //显示
        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()
        {
            return (Object)this.MemberwiseClone();
        }

    }

    客户端：

      static void Main(string[] args)
        {
            Resume a = new Resume("大鸟");
            a.SetPersonalInfo("男", "29");
            a.SetWorkExperience("1998-2000", "XX公司");

            Resume b = (Resume)a.Clone();
            b.SetWorkExperience("1998-2006", "YY企业");

            Resume c = (Resume)a.Clone();
            c.SetPersonalInfo("男", "24");
            c.SetWorkExperience("1998-2003", "ZZ企业");

            a.Display();
            b.Display();
            c.Display();

            Console.Read();
        }

    

下面我们看运行结果： 
    大鸟男 29
    工作经历 1998-2003 ZZ企业
    大鸟 29
      工作经历 1998-2003 ZZ企业
    大鸟男 24
      工作经历 1998-2003 ZZ企业

    由于MemberwiseClone()方法是浅表复制（克隆），对于值类型克隆没有问题，对于引用类型对象，只复制了引用，对引用的对象还是指向了原来的对象，所以就会出现我给a、b、c三个引用设置‘工作经历’，但却同时看到三个引用都是最后一次设置，因为三个引用都指向了同一个对象。
    “浅复制”，被复制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”，深复制把引用对象的变量指向复制过的对象，而不是原有的被引用的对象。
    下面来看深复制的实现：
     代码结构图：

    实现代码：
    工作经验类：

   //工作经历
    public 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();
        }
    }

    简历类：

Code
 //简历
    public 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)
        {
            this.work = (WorkExperience)work.Clone();
        }

        //设置个人信息
        public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
        {
            this.sex = sex;
            this.age = age;
        }
        //设置工作经历
        public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
        {
            work.WorkDate = workDate;
            work.Company = company;
        }

        //显示
        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;
        }

    }

    客户端代码与上面相同，执行结果：
    大鸟男 29
    工作经历 1998-2000 XX公司
    大鸟 29
    工作经历 1998-2006 YY企业
    大鸟男 24
    工作经历 1998-2003 ZZ企业
    3． 总结
    优缺点：
    使用原型模式有以下优点：
    （1）。在运行时增加或删除产品，只要通过客户端注册原型实例即可将新产品类型增加到系统中，例如组态软件中工具箱中的每个工具可以对应一个注册的原型对象，可以通过增加原型对象扩展工具箱。
    （2）。很容易的创建复杂的对象：在图像编辑和组态等软件中，经常需要创建复杂的图元，这些图元是由简单的图元组成的，采用原型模式可以很容易的将复杂图元作为一般图元来使用，是软件的工具箱具有扩展功能。
    （3）。减少工厂的层次：由于在.NET中可以使用反射工厂，因此这个优势并不明显。
    使用原型模式的缺点：是在有些情况下克隆功能不容易实现，特别是在遇到对象的循环引用时。
    在.NET中的很多类支持原型模式，例如我们希望获得一个与现有数据集（DataSet）结构相同的数据集，既可以采用克隆的方法。注意，DataSet有Clone()和Copy()两个方法，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，实现了原型模式的深复制。