C#編程中使用設(shè)計模式中的原型模式的實例講解
一、引言
在軟件系統(tǒng)中，當創(chuàng)建一個類的實例的過程很昂貴或很復雜，并且我們需要創(chuàng)建多個這樣類的實例時，如果我們用new操作符去創(chuàng)建這樣的類實例，這未免會增加創(chuàng)建類的復雜度和耗費更多的內(nèi)存空間，因為這樣在內(nèi)存中分配了多個一樣的類實例對象，然后如果采用工廠模式來創(chuàng)建這樣的系統(tǒng)的話，隨著產(chǎn)品類的不斷增加，導致子類的數(shù)量不斷增多，反而增加了系統(tǒng)復雜程度，所以在這里使用工廠模式來封裝類創(chuàng)建過程并不合適，然而原型模式可以很好地解決這個問題，因為每個類實例都是相同的，當我們需要多個相同的類實例時，沒必要每次都使用new運算符去創(chuàng)建相同的類實例對象，此時我們一般思路就是想——只創(chuàng)建一個類實例對象，如果后面需要更多這樣的實例，可以通過對原來對象拷貝一份來完成創(chuàng)建，這樣在內(nèi)存中不需要創(chuàng)建多個相同的類實例，從而減少內(nèi)存的消耗和達到類實例的復用。 然而這個思路正是原型模式的實現(xiàn)方式。下面就具體介紹下設(shè)計模式中的原型設(shè)計模式。
二、原型模式的詳細介紹
我們來看一個入學考試場景實例
基對象（一般為接口，抽象類）：考試題（樣卷）
原型模式的復職克?。焊鶕?jù)需要印刷考卷，這里的考卷都是復制考試題樣卷
客戶端：學生答卷，同一套試卷，學生做題不可能一模一樣
類圖：
接口：試卷樣例代碼
/// <summary>
/// 選答題
/// </summary>
public class SelectTest
{
private string other;
public string 你老婆多大
{
get
{
return this.other;
}
set
{
this.other = value;
}
}
}
/// <summary>
/// 面試題
/// </summary>
public interface Itest
{
Itest Clone();
string 知道設(shè)計模式嗎
{
get;
set;
}
string 設(shè)計模式有幾種
{
get;
set;
}
string 你知道那些
{
get;
set;
}
SelectTest 附加題
{
get;
set;
}
Test Test
{
get;
set;
}
Test Test1
{
get;
set;
}
}
復制克隆：復印機
/// <summary>
/// 繼承Itest接口
/// </summary>
public class Test : Itest
{
private string one;
private string two;
private string three;
private SelectTest other=new SelectTest();
public string 知道設(shè)計模式嗎
{
get
{
return this.one;
}
set
{
this.one = value;
}
}
public string 設(shè)計模式有幾種
{
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 附加題
{
get
{
return this.other;
}
set
{
this.other = value;
}
}
#region IColorDemo 成員
public Itest Clone()
{
//克隆當前類
return (Itest)this.MemberwiseClone();
}
#endregion
}
客戶端，發(fā)卷做題
static void Main()
{
//印刷試卷
Itest test = new Test();
//復制樣本試卷
Itest test1 = test.Clone();
//考生1
test.設(shè)計模式有幾種 = "23";
test.附加題.你老婆多大 = "18";
//考生2
test1.設(shè)計模式有幾種 = "24";
test1.附加題.你老婆多大 = "20";
//顯示考生答卷內(nèi)容
Console.WriteLine("test設(shè)計模式有幾種:" + test.設(shè)計模式有幾種); //23
Console.WriteLine("test附加題.你老婆多大:" + test.附加題.你老婆多大); //20
Console.WriteLine("test1設(shè)計模式有幾種:" + test1.設(shè)計模式有幾種); //24
Console.WriteLine("test1附加題.你老婆多大:" + test1.附加題.你老婆多大); //20
Console.ReadKey();
}
注意：這里兩個人答得不一樣，為什么附加題中，老婆年齡都為20？
這里涉及到深拷貝，淺拷貝問題，值類型是放在棧上的，拷貝之后，會自會在站上重新add一個，而class屬于引用類型，拷貝之后，棧上重新分配啦一個指針，可指針卻指向同一個位置的資源。淺拷貝，只拷貝值類型，深拷貝，引用類型也拷貝復制。
解決方案：
public Itest Clone()
{
//克隆當前類
Itest itst= (Itest)this.MemberwiseClone();
SelectTest st = new SelectTest();
st.你老婆多大 = this.other.你老婆多大;
itst.附加題 = st;
return itst;
}
使用序列化解決
/// <summary>
/// 選答題
/// </summary>
[Serializable]
public class SelectTest
{
private string other;
public string 你老婆多大
{
get
{
return this.other;
}
set
{
this.other = value;
}
}
}
/// <summary>
/// 面試題
/// </summary>
public interface Itest
{
Itest Clone();
string 知道設(shè)計模式嗎
{
get;
set;
}
string 設(shè)計模式有幾種
{
get;
set;
}
string 你知道那些
{
get;
set;
}
SelectTest 附加題
{
get;
set;
}
}
/// <summary>
/// 繼承Itest接口
/// </summary>
public class Test : Itest
{
private string one;
private string two;
private string three;
private SelectTest other=new SelectTest();
public string 知道設(shè)計模式嗎
{
get
{
return this.one;
}
set
{
this.one = value;
}
}
public string 設(shè)計模式有幾種
{
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 附加題
{
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);
}
}
這就是對原型模式的運用。介紹完原型模式的實現(xiàn)代碼之后，下面看下原型模式的類圖，通過類圖來理清原型模式實現(xiàn)中類之間的關(guān)系。具體類圖如下：
三、原型模式的優(yōu)缺點
原型模式的優(yōu)點有：
原型模式向客戶隱藏了創(chuàng)建新實例的復雜性
原型模式允許動態(tài)增加或較少產(chǎn)品類。
原型模式簡化了實例的創(chuàng)建結(jié)構(gòu)，工廠方法模式需要有一個與產(chǎn)品類等級結(jié)構(gòu)相同的等級結(jié)構(gòu)，而原型模式不需要這樣。
產(chǎn)品類不需要事先確定產(chǎn)品的等級結(jié)構(gòu)，因為原型模式適用于任何的等級結(jié)構(gòu)
原型模式的缺點有：
每個類必須配備一個克隆方法
配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對于全新的類不是很難，但對于已有的類不一定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環(huán)結(jié)構(gòu)的時候。
四、.NET中原型模式的實現(xiàn)
在.NET中可以很容易地通過實現(xiàn)ICloneable接口（這個接口就是原型，提供克隆方法，相當于與上面代碼中MonkeyKingPrototype抽象類）中Clone()方法來實現(xiàn)原型模式，如果我們想我們自定義的類具有克隆的功能，首先定義類繼承與ICloneable接口并實現(xiàn)Clone方法。在.NET中實現(xiàn)了原型模式的類如下圖所示（圖中只截取了部分，可以用Reflector反編譯工具進行查看）：
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