黄梅戏红楼梦:设计模式6：Prototype Pattern (原型模式）

来源：百度文库编辑：九乡新闻网时间：2024/07/07 12:13:41

设计模式6：Prototype Pattern (原型模式）

分类：设计模式 2009-06-25 09:25 90人阅读评论(0) 收藏举报

出自于：http://www.cnblogs.com/zhenyulu/articles/39257.html

参考于：http://www.dofactory.com/Patterns/PatternPrototype.aspx

一、原型（Prototype）模式

Definition：Specify the kind of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype.

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：

view plain

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace ProtypePattern
{
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();
}
}
/**/
///
/// Client test
///
class Client
{
public static 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。

view plain
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ProtypePattern
{
    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); }
        }
    }

    /**/
    ///

    ///  PrototypeApp test
    ///
    class PrototypeApp
    {
        public static 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：

view plain

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace ProtypePattern
{
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 Client
{
public static 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：

view plain

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
namespace ProtypePattern
{
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 Client
{
public static 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。

设计模式6：Prototype Pattern (原型模式）设计模式之Prototype 原型模式原型（Prototype）模式 != Object.clone() 设计模式---代理模式（Proxy Pattern）设计模式1：Simple Factory Pattern（简单工厂模式）设计模式7：Adapter Pattern (适配器模式）设计模式10：Proxy Pattern (代理模式）设计模式13：Bridge Pattern (桥梁模式）设计模式15：Command Pattern (命令模式）设计模式18：Visitor Pattern (访问者模式) 设计模式20：Strategy Pattern (策略模式) 设计模式22：Mediator Pattern (调解者模式) C#设计模式（4）－Simple Factory Pattern 吕设计模式19：Template Method Pattern (模板方法模式) 结构模式（Structural Pattern）总结 C#设计模式（3） -吕薪酬模式设计探讨薪酬模式设计探讨 - 数据库模式设计设计模式概述1 GOF 23设计模式常用设计模式收集常用设计模式之简单工厂模式常用设计模式之观察者模式

黄梅戏红楼梦:设计模式6：Prototype Pattern (原型模式）

设计模式6：Prototype Pattern (原型模式）

一、 原型（Prototype）模式

二、 Prototype模式的结构：

三、 程序举例：

四、 带Prototype Manager的原型模式

六、 Prototype模式的优点与缺点

一、原型（Prototype）模式

三、程序举例：

四、带Prototype Manager的原型模式