设计模式--原型模式

来源：互联网发布：加州州立大学知乎编辑：程序博客网时间：2024/06/07 06:51

原型模式的定义

原型模式(Prototype)即应用于“复制”操作的模式，此模式最初定义在《设计模式》(Addison-Wesley,1994)，里面是这样定义的“使用原型实例指定创建对象的种类，并通过复制这个原型创建新的对象”。简单来理解就是根据这个原型创建新的对象，这种创建是指深复制，得到一份新的内存资源，而不是一个新的指针引用。

浅复制与深复制

非指针型实例变量没有浅复制与深复制之分，像布尔型、整型、浮点型。浅复制与深复制是针对指针型实例变量说的，浅复制就只是复制了指针到副本中，原始对象与副本共享内存数据；深复制就是把内存的资源也复制了，原始对象和副本分别对应自己的内存数据。下面的示意图左边为浅复制，右边为深复制。Cocoa Touch框架为NSObject的派生类提供了复制协议即NSCopying协议，NSObject子类需要实现其方法(id)copyWithZone:(NSZone *)zone。NSObject有一个实例方法(id)copy，这个方法默认调用了[self copyWithZone:nil]，当然在里面你可以实现浅层复制，也可以实现深层复制。

原型模式类图

Prototype类中包括一个Clone方法，Client知道Prototype，调用其复制方法clone即可得到多个实例，不需要手工去创建这些实例。ConcretePrototype为Prototype的子类，实现自身的clone方法，如果Client通过调用ConcretePrototype的clone方法，将返回ConcretePrototype的实例。

例子

新建Prototype类，Prototype.h如下：

[cpp] view plaincopy
#import <Foundation/Foundation.h>  
  
//Prototype使用了NSCopying协议，里面只有一个方法：- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone;  
@interface Prototype : NSObject<NSCopying>  
  
//设置一个属性，用来检测复制的变化  
@property(nonatomic, strong) NSString *name;  
  
@end  

实现深复制，Prototype.m文件如下：

[cpp] view plaincopy
#import "Prototype.h"  
  
@implementation Prototype  
  
- (id)init  
{  
    if (self = [super init])  
    {  
        //初始化Prototype类时，将name设置如下  
        self.name = @"My name is Prototype";  
    }  
  
    return self;  
}  
  
//实现NSCopying中的方法  
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone  
{  
    //调用allocWithZone方法，复制一个新对象  
    return [[[self class] allocWithZone:zone] init];  
}  
  
@end  

测试代码如下：

[cpp] view plaincopy
//创建Prototype实例 prototype  
Prototype *prototype = [[Prototype alloc] init];  
//输出prototype  
NSLog(@"prototype:%@, name:%@", prototype, prototype.name);  
//通过prototype深复制出一个新的对象prototypeCopy  
Prototype *prototypeDeepCopy = [prototype copy];  
//通过prototype直接赋值，其实就是复制了指针，属于浅复制，引用计数加1  
Prototype *prototypeShallowCopy = prototype;  
NSLog(@"prototypeShallowCopy:%@, name:%@", prototypeShallowCopy, prototypeShallowCopy.name);  
//修改prototype  
prototype.name = @"My name is new Prototype";  
//输出prototypeDeepCopy  
NSLog(@"prototype:%@, name:%@", prototype, prototype.name);  
NSLog(@"prototypeDeepCopy:%@, name:%@", prototypeDeepCopy, prototypeDeepCopy.name);  
NSLog(@"prototypeShallowCopy:%@, name:%@", prototypeShallowCopy, prototypeShallowCopy.name);  

输出结果如下（省略时间及项目名）：

[cpp] view plaincopy
prototype:<Prototype: 0x71330d0>, name:My name is Prototype  
prototypeShallowCopy:<Prototype: 0x71330d0>, name:My name is Prototype  
prototype:<Prototype: 0x71330d0>, name:My name is new Prototype  
prototypeDeepCopy:<Prototype: 0xc6138d0>, name:My name is Prototype  
prototypeShallowCopy:<Prototype: 0x71330d0>, name:My name is new Prototype  

结论

1、我们在copyWithZone:(NSZone *)zone实现了深复制，通过prototype复制得到prototypeDeepCopy，从输出结果来看，内存地址与prototype是不一样的，另外复制得到prototypeCopy后修改了prototype的name，对prototypeCopy的name值没有影响，可判断为深复制；

2、使用直接赋值得到的prototypeShallowCopy，内存地址与prototype一样，只是简单的指针复制，另外从修改了prototype的name值同时也影响了prototypeShallowCopy的name值也可以看出，这种为浅复制。

题外话

像NSString、NSDictionary这些类，本身已经实现了copyWithZone:(NSZone *)zone方法，直接使用如[NSString copy]调用即可。在复制后得到的副本，又可以分为可变副本(mutable copy)和不可变副本(immutable copy)。通常在NSCopying协议规定的方法copyWithZone中返回不可变副本，在NSMutableCopying的mutableCopyWithZone方法中返回可变副本，然后调用copy和mutableCopy方法来得到副本。

NSDictionary类已经遵循NSCopying协议及NSMutableCopying协议，下面进行测试。

第一种情况：

[cpp] view plaincopy
NSDictionary *srcDic = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@"value", @"key", nil];  
NSDictionary *dicCopy = [srcDic copy];//注意这里用了copy  
NSLog(@"srcDic:%p, %@", srcDic, srcDic);  
NSLog(@"dicCopy:%p %@", dicCopy, dicCopy);  

输出结果：

[cpp] view plaincopy
srcDic:0x8a73850, {  
    key = value;  
}  
dicCopy:0x8a73850 {  
    key = value;  
}  

结论：

由[srcDic copy]得到的dicCopy，两者内存地址一致，由于copy返回的是不可变副本，系统只生成一份内存资源，此时的copy只是浅复制，retain作用一样。

第二种情况：

[cpp] view plaincopy
NSDictionary *srcDic = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@"value", @"key", nil];  
NSDictionary *dicCopy = [srcDic mutableCopy];//注意这里使用了mutableCopy  
NSLog(@"srcDic:%p, %@", srcDic, srcDic);  
NSLog(@"dicCopy:%p %@", dicCopy, dicCopy);  

输出结果：

[cpp] view plaincopy
srcDic:0x8938c50, {  
    key = value;  
}  
dicCopy:0x8938b60 {  
    key = value;  
}  

结论：

由[srcDic mutableCopy]得到的dicCopy，两者内存地址不一致，由于mutableCopy返回的是可变副本，系统生成了新的内存资源，此时的mutableCopy是深复制。疑问：那么如果srcDic是NSMutableDictionary类型而使用copy，又会怎么样呢？且看第三种情况。

第三种情况：

[cpp] view plaincopy
NSMutableDictionary *srcDic = [NSMutableDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@"value", @"key", nil];  
NSMutableDictionary *dicCopy = [srcDic copy];//注意这里对NSMutableDictionary进行copy操作  
NSLog(@"srcDic:%p, %@", srcDic, srcDic);  
NSLog(@"dicCopy:%p %@", dicCopy, dicCopy);  
[dicCopy setObject:@"newValue" forKey:@"key"];//尝试修改dicCopy里面的值  

输出情况：

[cpp] view plaincopy
srcDic:0x7144ea0, {  
    key = value;  
}  
dicCopy:0x71445c0 {  
    key = value;  
}  
[__NSDictionaryI setObject:forKey:]: unrecognized selector sent to instance 0x71445c0  

结论：

由[srcDic mutableCopy]得到的dicCopy，两者内存地址不一致，即是copy对NSMutableDictionary类型进行了深复制，当尝试修改dicCopy里面的值时，发现报错了，修改不了，可以确定副本dicCopy是不可变副本。

总的结论

对于系统中已经实现的同时支持NSCopying协议和NSMutableCopying协议的，copy总是返回不可变副本，mutableCopy总是返回可变副本

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