C#编程中使用设计模式中的原型模式的实例讲解

2020-01-24 01:16:22

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供稿：网友

一、引言
在软件系统中，当创建一个类的实例的过程很昂贵或很复杂，并且我们需要创建多个这样类的实例时，如果我们用new操作符去创建这样的类实例，这未免会增加创建类的复杂度和耗费更多的内存空间，因为这样在内存中分配了多个一样的类实例对象，然后如果采用工厂模式来创建这样的系统的话，随着产品类的不断增加，导致子类的数量不断增多，反而增加了系统复杂程度，所以在这里使用工厂模式来封装类创建过程并不合适，然而原型模式可以很好地解决这个问题，因为每个类实例都是相同的，当我们需要多个相同的类实例时，没必要每次都使用new运算符去创建相同的类实例对象，此时我们一般思路就是想――只创建一个类实例对象，如果后面需要更多这样的实例，可以通过对原来对象拷贝一份来完成创建，这样在内存中不需要创建多个相同的类实例，从而减少内存的消耗和达到类实例的复用。然而这个思路正是原型模式的实现方式。下面就具体介绍下设计模式中的原型设计模式。

二、原型模式的详细介绍
我们来看一个入学考试场景实例

基对象（一般为接口，抽象类）：考试题（样卷）

原型模式的复职克隆：根据需要印刷考卷，这里的考卷都是复制考试题样卷

客户端：学生答卷，同一套试卷，学生做题不可能一模一样

类图：

2016217153039715.png (784×574)

接口：试卷样例代码

  /// <summary>  /// 选答题  /// </summary>  public class SelectTest  {    private string other;    public string 你老婆多大    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }  }  /// <summary>  /// 面试题  /// </summary>  public interface Itest  {    Itest Clone();    string 知道设计模式吗    {      get;      set;    }    string 设计模式有几种    {      get;      set;    }    string 你知道那些    {      get;      set;    }    SelectTest 附加题    {      get;      set;    }    Test Test    {      get;      set;    }    Test Test1    {      get;      set;    }  }

复制克隆：复印机

 /// <summary>  /// 继承Itest接口  /// </summary>  public class Test : Itest  {    private string one;    private string two;    private string three;    private SelectTest other=new SelectTest();    public string 知道设计模式吗    {      get      {        return this.one;      }      set      {        this.one = value;      }    }    public string 设计模式有几种    {      get      {        return this.two;      }      set      {        this.two = value;      }    }    public string 你知道那些    {      get      {        return this.three;      }      set      {        this.three = value;      }    }    public SelectTest 附加题    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }    #region IColorDemo 成员    public Itest Clone()    {      //克隆当前类      return (Itest)this.MemberwiseClone();    }    #endregion  }

客户端，发卷做题

 static void Main()    {      //印刷试卷      Itest test = new Test();      //复制样本试卷      Itest test1 = test.Clone();            //考生1      test.设计模式有几种 = "23";      test.附加题.你老婆多大 = "18";      //考生2      test1.设计模式有几种 = "24";      test1.附加题.你老婆多大 = "20";      //显示考生答卷内容      Console.WriteLine("test设计模式有几种:" + test.设计模式有几种);  //23      Console.WriteLine("test附加题.你老婆多大:" + test.附加题.你老婆多大);  //20      Console.WriteLine("test1设计模式有几种:" + test1.设计模式有几种);  //24      Console.WriteLine("test1附加题.你老婆多大:" + test1.附加题.你老婆多大); //20      Console.ReadKey();    }

注意：这里两个人答得不一样，为什么附加题中，老婆年龄都为20？

这里涉及到深拷贝，浅拷贝问题，值类型是放在栈上的，拷贝之后，会自会在站上重新add一个，而class属于引用类型，拷贝之后，栈上重新分配啦一个指针，可指针却指向同一个位置的资源。浅拷贝，只拷贝值类型，深拷贝，引用类型也拷贝复制。

解决方案：

 public Itest Clone()    {      //克隆当前类      Itest itst= (Itest)this.MemberwiseClone();      SelectTest st = new SelectTest();      st.你老婆多大 = this.other.你老婆多大;      itst.附加题 = st;      return itst;    }

使用序列化解决

/// <summary>  /// 选答题  /// </summary>  [Serializable]   public class SelectTest  {    private string other;    public string 你老婆多大    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }  }  /// <summary>  /// 面试题  /// </summary>  public interface Itest  {    Itest Clone();    string 知道设计模式吗    {      get;      set;    }    string 设计模式有几种    {      get;      set;    }    string 你知道那些    {      get;      set;    }    SelectTest 附加题    {      get;      set;    }     }  /// <summary>  /// 继承Itest接口  /// </summary>  public class Test : Itest  {    private string one;    private string two;    private string three;    private SelectTest other=new SelectTest();    public string 知道设计模式吗    {      get      {        return this.one;      }      set      {        this.one = value;      }    }    public string 设计模式有几种    {      get      {        return this.two;      }      set      {        this.two = value;      }    }    public string 你知道那些    {      get      {        return this.three;      }      set      {        this.three = value;      }    }    public SelectTest 附加题    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }        public Itest Clone()    {      SerializableHelper SerializableHelper = new 原型模式.SerializableHelper();      string target = SerializableHelper.Serializable(this);      return SerializableHelper.Derializable<Itest>(target);     }  } public class SerializableHelper  {    public string Serializable(object target)    {      using (MemoryStream stream = new MemoryStream())      {        new BinaryFormatter().Serialize(stream, target);        return Convert.ToBase64String(stream.ToArray());      }    }    public object Derializable(string target)    {      byte[] targetArray = Convert.FromBase64String(target);      using (MemoryStream stream = new MemoryStream(targetArray))      {        return new BinaryFormatter().Deserialize(stream);      }    }    public T Derializable<T>(string target)    {      return (T)Derializable(target);    }  }

这就是对原型模式的运用。介绍完原型模式的实现代码之后，下面看下原型模式的类图，通过类图来理清原型模式实现中类之间的关系。具体类图如下：

2016217153142427.png (758×262)

三、原型模式的优缺点

原型模式的优点有：

原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性
原型模式允许动态增加或较少产品类。
原型模式简化了实例的创建结构，工厂方法模式需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构，而原型模式不需要这样。
产品类不需要事先确定产品的等级结构，因为原型模式适用于任何的等级结构

原型模式的缺点有：
每个类必须配备一个克隆方法
配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。

四、.NET中原型模式的实现
在.NET中可以很容易地通过实现ICloneable接口（这个接口就是原型，提供克隆方法，相当于与上面代码中MonkeyKingPrototype抽象类）中Clone()方法来实现原型模式，如果我们想我们自定义的类具有克隆的功能，首先定义类继承与ICloneable接口并实现Clone方法。在.NET中实现了原型模式的类如下图所示（图中只截取了部分，可以用Reflector反编译工具进行查看）：

2016217153206825.png (378×557)