C# 設計模式系列教程-原型模式

2020-01-24 01:08:09

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供稿：網友

1. 概述

　　通過復制一個已經存在的實例來創建一個新的實例。被復制的實例被稱為原型，這個原型是可定制的。

2. 模式中的角色

　　2.1 抽象原型類（Abstract Prototype）：提供一個克隆接口

　　2.2 具體原型類（Concrete Prototype）: 及實現了克隆接口的具體原型類

3. 實例：求職網站上現在都支持多份簡歷，如果每創建一份簡歷都要從頭至尾地填寫一遍，那也是非常讓人沮喪的事。其實針對我們的求職崗位的不同，不同的簡歷可能只要修改局部內容就可以了，而不用全部重新構建一份新的簡歷。復制一份簡歷，然后做局部修改是最讓人省心的了！

　　3.1 實現類圖

　　類圖解讀

　　在.NET中，System命名空間已經為我們提供了一個ICloneable接口，它包含了一個方法Clone()，實現這個接口就完成了原型模式。

　　3.2 在寫實現代碼之前，先要理解一下深復制與淺復制。

　　　　3.2.1 淺復制：將原來對象中的所有字段逐個復制到一個新對象，如果字段是值類型，則簡單地復制一個副本到新對象，改變新對象的值類型字段不會影響原對象；如果字段是引用類型，則復制的是引用，改變目標對象中引用類型字段的值將會影響原對象。例如, 如果一個對象有一個指向引用類型（如例子中的工作經歷）的字段, 并且我們對該對象做了一個淺復制, 那麼兩個對象將引用同一個引用（即同一段工作經歷）。

　　　　3.2.2 深復制：與淺復制不同之處在于對引用類型的處理，深復制將新對象中引用類型字段指向復制過的新對象，改變新對象中引用的任何對象，不會影響到原來的對象中對應字段的內容。例如，如果一個對象有一個指向引用類型（如例子中的工作經歷）的字段，并且對該對象做了一個深復制的話.我門將創建一個新的對象（即新的工作經歷）。

　　3.3 簡歷的淺復制實現

 /// <summary> /// 實現了ICloneable接口的簡歷類 /// </summary> public class Resume:ICloneable { public Resume() {  mWorkExperience = new WorkExperience(); } private string mName; private string mSex; private int mAge; private WorkExperience mWorkExperience; public string Name {  get { return mName; }  set { mName = value; } } public string Sex {  get { return mSex; }  set { mSex = value; } } public int Age {  get { return mAge; }  set { mAge = value; } } /// <summary> /// 關聯了一個引用類型 /// </summary> public WorkExperience WorkExperience  {   get { return mWorkExperience; }  } public void SetWorkExperience(DateTime startDate, DateTime endDate, string company, string position) {  this.mWorkExperience.Company = company;  this.mWorkExperience.EndDate = endDate;  this.mWorkExperience.StartDate = startDate;  this.mWorkExperience.Position = position; } /// <summary> /// 實現ICloneable接口的Clone方法 /// </summary> /// <returns></returns> public object Clone() {  // .Net 為我們提供的淺復制對象的方法  return this.MemberwiseClone(); } } /// <summary> /// 工作經歷類 /// </summary> public class WorkExperience { public DateTime StartDate { get; set; } public DateTime EndDate { get; set; } public string Company { get; set; } public string Position { get; set; } }

　　下面是測試代碼

 [TestMethod] public void TestShallowCopy() {  Resume myFirstResume = new Resume  {  Age = 29,  Name = "Kevin Wang",  Sex = "男",  };  myFirstResume.SetWorkExperience(new DateTime(2006, 7, 1), new DateTime(2007, 7, 1), "My First Company", "Software Engineer");  Resume mySecondResume = (Resume)myFirstResume.Clone();  mySecondResume.SetWorkExperience(new DateTime(2007, 8, 1), new DateTime(2008, 8, 1), "My Second Company", "Software Engineer");  Resume myThirdResume = (Resume)myFirstResume.Clone();  myThirdResume.SetWorkExperience(new DateTime(2008, 8, 1), new DateTime(2009, 8, 1), "My Third Company", "Senior Software Engineer");  Assert.AreEqual("My First Company", myFirstResume.WorkExperience.Company);  Assert.AreEqual("My Second Company", mySecondResume.WorkExperience.Company);  Assert.AreEqual("My Third Company", myThirdResume.WorkExperience.Company);  }

　　　　這里期望的是三個斷言都能運行成功，但是卻是失敗的，原因是：由于我們使用的是淺復制，所以myFirstResume, mySecondResume 和 myThirdResume引用的是同一個對象，因此最終的結果是三個簡歷的WorkExperience.Company都是“My Third Company".

　　3.4 簡歷的深復制實現

 /// <summary> /// 實現了ICloneable接口的簡歷類 /// </summary> public class Resume : ICloneable { public Resume() {  mWorkExperience = new WorkExperience(); } /// <summary> /// 這里使用一個私有的構造函數來對其連接到的引用類型進行復制 /// </summary> /// <param name="workExperience"></param> private Resume(WorkExperience workExperience) {  this.mWorkExperience = (WorkExperience)workExperience.Clone(); } private string mName; private string mSex; private int mAge; private WorkExperience mWorkExperience; public string Name {  get { return mName; }  set { mName = value; } } public string Sex {  get { return mSex; }  set { mSex = value; } } public int Age {  get { return mAge; }  set { mAge = value; } } public WorkExperience WorkExperience {  get { return mWorkExperience; } } /// <summary> /// 設置功過經歷 /// </summary> /// <param name="startDate"></param> /// <param name="endDate"></param> /// <param name="company"></param> /// <param name="position"></param> public void SetWorkExperience(DateTime startDate, DateTime endDate, string company, string position) {  this.mWorkExperience.Company = company;  this.mWorkExperience.EndDate = endDate;  this.mWorkExperience.StartDate = startDate;  this.mWorkExperience.Position = position; } /// <summary> /// 實現ICloneable接口的Clone方法 /// </summary> /// <returns></returns> public object Clone() {  // 這里不再使用MemberwiseClone方法進行復制了，而是新創建了一個全新的簡歷。它完全是在內部實現的，外部不用關心它的實現  Resume newResume = new Resume(this.mWorkExperience);  newResume.mSex = this.mSex;  newResume.mName = this.mName;  newResume.mAge = this.mAge;  return newResume; } } public class WorkExperience :ICloneable { public DateTime StartDate { get; set; } public DateTime EndDate { get; set; } public string Company { get; set; } public string Position { get; set; } public object Clone() {  // 使用.Net 為我們提供的淺復制對象的方法，因為這里已經沒有引用對象了（string雖然是引用類型，但.NET為我們做了特別處理，可以像值類型一樣使用它）。  return this.MemberwiseClone(); } }

　　測試代碼如下

 [TestMethod] public void TestDeepCopy() {  Resume myFirstResume = new Resume  {  Age = 29,  Name = "Kevin Wang",  Sex = "男",  };  myFirstResume.SetWorkExperience(new DateTime(2006, 7, 1), new DateTime(2007, 7, 1), "My First Company", "Software Engineer");  Resume mySecondResume = (Resume)myFirstResume.Clone();  mySecondResume.SetWorkExperience(new DateTime(2007, 8, 1), new DateTime(2008, 8, 1), "My Second Company", "Software Engineer");  Resume myThirdResume = (Resume)myFirstResume.Clone();  myThirdResume.SetWorkExperience(new DateTime(2008, 8, 1), new DateTime(2009, 8, 1), "My Third Company", "Senior Software Engineer");  Assert.AreEqual("My First Company", myFirstResume.WorkExperience.Company);  Assert.AreEqual("My Second Company", mySecondResume.WorkExperience.Company);  Assert.AreEqual("My Third Company", myThirdResume.WorkExperience.Company);  }

　　運行測試，測試通過，這正是我們期望的結果。

4. 模式總結

　　4.1 優點

　　　　4.1.1 隱藏了對象的創建細節，對有些初始化需要占用很多資源的類來說，對性能也有很大提高。

　　　　4.1.2 在需要新對象時，可以使用Clone來快速創建創建一個，而不用使用new來構建。

　　4.2 缺點

　　　　4.2.1 每一個類都需要一個Clone方法，而且必須通盤考慮。對于深拷貝來說，每個關聯到的類型都不許實現IClonable接口，并且每增加或修改一個字段是都需要更新Clone方法。

　　4.3 適用場景

　　　　4.3.1 類初始化需要消化非常多的資源，這個資源包括數據、硬件資源等

　　　　4.3.2 通過new產生一個對象需要非常繁瑣的數據準備或訪問權限，則可以使用原型模式

　　　　4.3.3 一個對象需要提供給其他對象訪問，而且各個調用者可能都需要修改其值時，可以考慮使用原型模式拷貝多個對象供調用者使用。

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