Prototype 原型（创建型模式）

依赖关系的倒置

抽象不应该依赖于实现细节，实现细节应该依赖于抽象。

– 抽象A直接依赖于实现细节b

 

 

–抽象A依赖于抽象B，实现细节b依赖于抽象B

动机（Motivation）

      在软件系统中，经常面临着“某些结构复杂的对象”的创建工作；由于需求的变化，这些对象经常面临着剧烈的变化，但是它们却拥有比较稳定一致的接口。
      如何应对这种变化？如何向“客户程序（使用这些对象的程序）”隔离出“这些易变对象” ，从而使得“依赖这些易变对象的客户程序”不随着需求改变而改变？

 

意图（Intent）
使用原型实例指定创建对象的种类，然后通过拷贝这些原型来创建新的对象。——《设计模式》GoF

 

结构（Structure）

 

 

  实例代码

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

using System.IO;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;

namespace testWpf
{
    /// <summary>
    /// 抽象类，虽然没有声明成abstract，或者这里称为高层类，这是为了共享Clone方法
    /// </summary>
    [Serializable]
    public class NormalActor
    {
        //跟.Net的Clone不一样
        public virtual NormalActor Clone()
        {
            /*
             * MemberwiseClone 方法创建一个浅表副本，具体来说就是创建一个新对象，然后将当前对象的非静态字段复制到该新对象。
             * 如果字段是值类型的，则对该字段执行逐位复制。如果字段是引用类型，则复制引用但不复制引用的对象；
             * 因此，原始对象及其复本引用同一对象。
             * 因此这里使用了对象序列化和反序列化的方式得到一个深拷贝对象
             */
            MemoryStream stream = new MemoryStream();
            BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter(); 
            formatter.Serialize(stream, this);
            stream.Position = 0;
            return formatter.Deserialize(stream) as NormalActor;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 抽象类，虽然没有声明成abstract，或者这里称为高层类，这是为了共享Clone方法
    /// </summary>
    [Serializable]
    public class FlyActor
    {
        //跟.Net的Clone不一样
        public virtual FlyActor Clone()
        {
            MemoryStream stream = new MemoryStream();
            BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
            formatter.Serialize(stream, this);
            stream.Position = 0;
            return formatter.Deserialize(stream) as FlyActor;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 抽象类，虽然没有声明成abstract，或者这里称为高层类，这是为了共享Clone方法
    /// </summary>
    [Serializable]
    public class WaterActor
    {
        //跟.Net的Clone不一样
        public virtual WaterActor Clone()
        {
            MemoryStream stream = new MemoryStream();
            BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
            formatter.Serialize(stream, this);
            stream.Position = 0;
            return formatter.Deserialize(stream) as WaterActor;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 虽然父类NormalActor已经是声明了可序列化标识“[Serializable]”，
    /// 但“[Serializable]”是不可继承的，所以子类如果要可以序列化，则还是要加上[Serializable]标识
    /// </summary>
    [Serializable]
    public class NormalActorA : NormalActor
    {
    }

    [Serializable]
    public class NormalActorB : NormalActor
    {
    }

    [Serializable]
    public class FlyActorA : FlyActor
    {
       
    }

    [Serializable]
    public class FlyActorB : FlyActor
    {
    }

    [Serializable]
    public class WaterActorA : WaterActor
    {
    }

    [Serializable]
    public class WaterActorB : WaterActor
    {
    }

    public class GameSystem
    {
        public NormalActor normalActor;
        public FlyActor flyActor;
        public WaterActor waterActor; 

        public void Run()
        {
            NormalActor normalActor1 = normalActor.Clone();
            NormalActor normalActor2 = normalActor.Clone();
            NormalActor normalActor3 = normalActor.Clone();
            NormalActor normalActor4 = normalActor.Clone();
            NormalActor normalActor5 = normalActor.Clone();

            FlyActor flyActor1 = flyActor.Clone();
            FlyActor flyActor2 = flyActor.Clone();

            WaterActor waterActor1 = waterActor.Clone();
            WaterActor waterActor2 = waterActor.Clone();
        }
    }

    public class App
    {
        public static void Main()
        {
            GameSystem gameSystem = new GameSystem();
            gameSystem.normalActor = new NormalActorA();
            gameSystem.flyActor = new FlyActorB();
            gameSystem.waterActor = new WaterActorA();
            gameSystem.Run();
        }
    }
}

 

Prototype模式的几个要点

1. Prototype模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些“易变类”拥有“稳定的接口”。
2. Prototype模式对于“如何创建易变类的实体对象”采用“原型克隆”的方法来做，它使得我们可以非常灵活地动态创建“拥有某些稳定接口”的新对象——所需工作仅仅是注册一个新类的对象（即原型），然后在任何需要的地方不断地Clone。
3. Prototype模式中的Clone方法可以利用.NET中的Object类的MemberwiseClone()方法或者序列化来实现深拷贝。

 

有关创建性模式的讨论

1. Singleton模式解决的是实体对象个数的问题。除了Singleton之外，其他创建型模式解决的都是new所带来的耦合关系。
2. Factory Method, Abstract Factory, Builder都需要一个额外的工厂类来负责实例化“易变对象”，而Prototype则是通过原型（一个特殊的工厂类）来克隆“易变对象”。
3. 如果遇到“易变类”，起初的设计通常从FactoryMethod开始，当遇到更多的复杂变化时，再考虑重构为其他三种工厂模式（ Abstract Factory,Builder ， Prototype ）。

最后谈谈使用Prototype模式需要使用到的两个技术问题：MemberwiseClone与Clone，[Serializable]属性能否继承的问题

一、MemberwiseClone与Clone

       MemberwiseClone 方法创建一个浅表副本，具体来说就是创建一个新对象，然后将当前对象的非静态字段复制到该新对象。如果字段是值类型的，则对该字段执行逐位复制。如果字段是引用类型，则复制引用但不复制引用的对象；因此，原始对象及其复本引用同一对象。

下面的代码就是演示这个问题：

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

using System.IO;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;

namespace testWpf
{
    [Serializable]    
    class DemoClass    
    {        
        public int i = 0;
        public int[] iArr = { 1, 2, 3 };
        public DemoClass Clone1()        
        {            
            return this.MemberwiseClone() as DemoClass;        
        }        
        
        public DemoClass Clone2()        
        {           
            MemoryStream stream = new MemoryStream();
            BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
            formatter.Serialize(stream, this);
            stream.Position = 0;
            return formatter.Deserialize(stream) as DemoClass;
        }    
    }    
    class Program    
    {        
        static void Main(string[] args)
        {            
            DemoClass a = new DemoClass();
            a.i = 10;            
            a.iArr = new int[] { 8, 9, 10 };
            DemoClass b = a.Clone1();            
            DemoClass c = a.Clone2();            // 更改 a 对象的iArr[0], 导致 b 对象的iArr[0] 也发生了变化              
            a.iArr[0] = 88;            
            Console.WriteLine("MemberwiseClone");            
            Console.WriteLine(b.i);            
            foreach (var item in b.iArr)            
            {                
                Console.WriteLine(item);            
            }            
            Console.WriteLine("Clone2"); 
            Console.WriteLine(c.i);       
            foreach (var item in c.iArr)    
            {          
                Console.WriteLine(item);
            }        
            Console.ReadLine();  
        }  
    }
}

 二、[Serializable]属性能否继承的问题

    [Serializable]
    public abstract class CSMessage : MessageBase
    {
        private string userName;
        protected CSMessage(string anUserName)
        {
            userName = anUserName;
        }

        public string UserName
        {
            get { return userName; }
        }

    }


    [Serializable]
    public class LoginMessage : CSMessage
    {
        private string password;
        public LoginMessage(string userName, string password)
            : base(userName)
        {
            this.password = password;
        }
        public string Password
        {
            get { return password; }
        }
    }

代码如上，测试发现类属性是不可以继承的，仔细推敲MSDN上关于对类属性是说明，类属性是一种标记当代码被编译为MSIL后由CLR根据类属性标记为其它附上相关的特性，唉。。不仔细看还是很容易弄错的