Prototype

 

一、 原型（Prototype）模式

原型模式的用意是：通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多的同类型对象。

从孙大圣的手段谈起

孙悟空在与黄风怪的战斗中，"使一个身外身的手段：把毫毛揪下一把，用口嚼得粉碎，望上一喷，叫声'变'，变有百十个行者，都是一样得打扮，各执一根铁棒，把那怪围在空中。"换而言之，孙悟空可以根据自己的形象，复制出很多"身外身"来。

老孙这种身外身的手段在面向对象设计领域里叫原型（Prototype）模式。

C#对原型模式的支持

在C#里面，我们可以很容易的通过Clone()方法实现原型模式。任何类，只要想支持克隆，必须实现C#中的ICloneable接口。ICloneable接口中有一Clone方法，可以在类中复写实现自定义的克隆方法。克隆的实现方法有两种：浅拷贝（shallow copy）与深拷贝（deep copy）。

（以下摘自：《.NET框架程序设计（修订版）》，李建忠译）浅拷贝是指当对象的字段值被拷贝时，字段引用的对象不会被拷贝。例如，如果一个对象有一个指向字符串的字段，并且我们对该对象做了一个浅拷贝，那么两个对象将引用同一个字符串。而深拷贝是对对象实例中字段引用的对象也进行拷贝的一种方式，所以如果一个对象有一个指向字符串的字段，并且我们对该对象做了一个深拷贝的话，我们将创建一个新的对象和一个新的字符串--新对象将引用新字符串。需要注意的是执行深拷贝后，原来的对象和新创建的对象不会共享任何东西；改变一个对象对另外一个对象没有任何影响。

二、 Prototype模式的结构：

 

客户（Client）角色：客户类提出创建对象的请求。
抽象原型（Prototype）角色：这是一个抽象角色，通常由一个C#接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。在C#中，抽象原型角色通常实现了ICloneable接口。
具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象原型角色所要求的接口。

三、 程序举例：

下面的程序给出了一个示意性的实现：

    // "Prototype"    abstract class Prototype    {        // Fields        private string id;        // Constructors        public Prototype(string id)        {            this.id = id;        }        public string Id        {            get { return id; }        }        // Methods        abstract public Prototype Clone();    }    // "ConcretePrototype1"    class ConcretePrototype1 : Prototype    {        // Constructors        public ConcretePrototype1(string id) : base(id) { }        // Methods        override public Prototype Clone()        {            // Shallow copy            return (Prototype)this.MemberwiseClone();        }    }    // "ConcretePrototype2"    class ConcretePrototype2 : Prototype    {        // Constructors        public ConcretePrototype2(string id) : base(id) { }        // Methods        override public Prototype Clone()        {            // Shallow copy            return (Prototype)this.MemberwiseClone();        }    }    /**/    /// <summary>    /// Client test    /// </summary>    class ClientPro    {        public  void Main(string[] args)        {            // Create two instances and clone each            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);        }    }

 

这个例子实现了一个浅拷贝。其中MemberwiseClone()方法是Object类的一个受保护方法，实现了对象的浅拷贝。如果希望实现一个深拷贝，应该实现ICloneable接口，并自己编写ICloneable的Clone接口方法。

四、 带Prototype Manager的原型模式

原型模式的第二种形式是带原型管理器的原型模式，其UML图如下：

 

客户（Client）角色：客户端类向原型管理器提出创建对象的请求。
抽象原型（Prototype）角色：这是一个抽象角色，通常由一个C#接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。在C#中，抽象原型角色通常实现了ICloneable接口。
具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。
原型管理器（Prototype Manager）角色：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。

下面这个例子演示了在原型管理器中存储用户预先定义的颜色原型，客户通过原型管理器克隆颜色对象。

    // "Prototype"    abstract class ColorPrototype    {        // Methods        public abstract ColorPrototype Clone();    }    // "ConcretePrototype"    class Color : ColorPrototype    {        // Fields        private int red, green, blue;        // Constructors        public Color(int red, int green, int blue)        {            this.red = red;            this.green = green;            this.blue = blue;        }        // Methods        public override ColorPrototype Clone()        {            // Creates a 'shallow copy'            return (ColorPrototype)this.MemberwiseClone();        }        public void Display()        {            Console.WriteLine("RGB values are: {0},{1},{2}",              red, green, blue);        }    }    // Prototype manager    class ColorManager    {        // Fields        Hashtable colors = new Hashtable();        // Indexers        public ColorPrototype this[string name]        {            get { return (ColorPrototype)colors[name]; }            set { colors.Add(name, value); }        }    }    /**/    /// <summary>    ///  PrototypeApp test    /// </summary>    class PrototypeApp    {        public  void Main(string[] args)        {            ColorManager colormanager = new ColorManager();            // Initialize with standard colors            colormanager["red"] = new Color(255, 0, 0);            colormanager["green"] = new Color(0, 255, 0);            colormanager["blue"] = new Color(0, 0, 255);            // User adds personalized colors            colormanager["angry"] = new Color(255, 54, 0);            colormanager["peace"] = new Color(128, 211, 128);            colormanager["flame"] = new Color(211, 34, 20);            // User uses selected colors            string colorName = "red";            Color c1 = (Color)colormanager[colorName].Clone();            c1.Display();            colorName = "peace";            Color c2 = (Color)colormanager[colorName].Clone();            c2.Display();            colorName = "flame";            Color c3 = (Color)colormanager[colorName].Clone();            c3.Display();        }    }

 

五、 浅拷贝与深拷贝

下面给出浅拷贝与深拷贝的两个例子，例子使用了ICloneable接口。C#中的数组是引用型的变量，我们通过数组来进行演示：

浅拷贝：

class ShallowCopy : ICloneable    {        public int[] v = { 1, 2, 3 };        public Object Clone()        {            return this.MemberwiseClone();        }        public void Display()        {            foreach (int i in v)                Console.Write(i + ", ");            Console.WriteLine();        }    }    class Client1    {        public void Main()        {            ShallowCopy sc1 = new ShallowCopy();            ShallowCopy sc2 = (ShallowCopy)sc1.Clone();            sc1.v[0] = 9;            sc1.Display();            sc2.Display();        }    }

ShallowCopy对象实现了一个浅拷贝，因此当对sc1进行克隆时，其字段v并没有克隆，这导致sc1与sc2的字段v都指向了同一个v，因此，当修改了sc1的v[0]后，sc2的v[0]也发生了变化。

深拷贝：

    class DeepCopy : ICloneable    {        public int[] v = { 1, 2, 3 };        // 默认构造函数        public DeepCopy()        {        }        // 供Clone方法调用的私有构造函数        private DeepCopy(int[] v)        {            this.v = (int[])v.Clone();        }        public Object Clone()        {            // 构造一个新的DeepCopy对象，构造参数为            // 原有对象中使用的 v             return new DeepCopy(this.v);        }        public void Display()        {            foreach (int i in v)                Console.Write(i + ", ");            Console.WriteLine();        }    }    class ClientDeepCopy    {        public void Main()        {            DeepCopy dc1 = new DeepCopy();            DeepCopy dc2 = (DeepCopy)dc1.Clone();            dc1.v[0] = 9;            dc1.Display();            dc2.Display();        }    }

这次在克隆的时候，不但克隆对象本身，连里面的数组字段一并克隆。因此，最终打印出来的dc1与dc2不同。

六、 Prototype模式的优点与缺点

Prototype模式的优点包括

1、Prototype模式允许动态增加或减少产品类。由于创建产品类实例的方法是产批类内部具有的，因此增加新产品对整个结构没有影响。

2、Prototype模式提供了简化的创建结构。工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构，而Prototype模式就不需要这样。

3、Portotype模式具有给一个应用软件动态加载新功能的能力。由于Prototype的独立性较高，可以很容易动态加载新功能而不影响老系统。

4、产品类不需要非得有任何事先确定的等级结构，因为Prototype模式适用于任何的等级结构。

Prototype模式的缺点：

Prototype模式的最主要缺点就是每一个类必须配备一个克隆方法。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。

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参考文献：
阎宏，《Java与模式》，电子工业出版社
[美]James W. Cooper，《C#设计模式》，电子工业出版社
[美]Alan Shalloway  James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中国电力出版社
[美]Robert C. Martin，《敏捷软件开发－原则、模式与实践》，清华大学出版社
[美]Don Box, Chris Sells，《.NET本质论 第1卷：公共语言运行库》，中国电力出版社

转载自http://www.cnblogs.com/zhenyulu/articles/39257.html