举例讲解设计模式中的原型模式在iOS应用开发中的作用

1 前言
在许多面向对象的应用程序中，有些对象的创建代价过于大或者过于复杂。要是可以重建相同的对象并作轻微的改动，事情会容易许多。我们可以通过轻微的改动重用已有的对象，以适应程序中的特定情况。今天我们就来学习一下该模式。

2 详述
2.1 定义
应用于“复制”操作的模式成为原型（Prototype）模式。复制（cloning）指用同一模具生产一系列的产品。模具所基于的物品称为原型。尽管产品是用同一模具复制的，但是某些属性，如颜色与尺寸，可以稍有不同，但是他们还是属于同一类。
2.2 何时是用原型模式
（1）需要创建的对象应独立于其类型与创建方式。
（2）要实例化的类是在运行时决定的。
（3）不想要与产品层次相对应的工厂层次。
（4）不同类的实例间的差异仅是状态的若干组合。因此复制相应数量的原型比手工实例化更加方便。
（5）类不容易创建，比如每个组件可以把其他组件作为子节点的组合对象。复制已有的组合对象并对副本进行修改会更加容易。
此模式的最低限度是生成对象的真实副本，以用作同一环境下其他相关事物的基础（原型）。
2.3 浅复制与深复制
深复制就是开辟新内存实现真正的内存复制, 浅复制, 只复制指针, 堆内存不变. 在我们设计系统时, 有时一些对象需要根据用户操作完成拷贝备份等操作, 这时候, 如果再去按照原来的方法初始化一遍对象就会带来一些不便和问题:
(1)该对象的某些属性是在用户操作过程中产生的, 不能够仅凭一个initXXX方法赋值;
(2)常规赋值太过麻烦, 而且破坏封装.
这时候原型模式的优势便体现出来了。

3.Demo
首先创建一个Player类, 拥有2个属性highestLevel和currentLevel, 同时提供2个public方法修改这2个属性. 代码如下:

复制代码 代码如下:

@interface Player : NSObject
/**
 *  update player's current level during game
 *
 *  @param level
 */
- (void)updateCurrentLevel:(NSInteger)level;

/**
 *  update player's highest level during game
 *
 *  @param level
 */
- (void)updateHighestLevel:(NSInteger)level;

@end

最为关键的是Player需要实现NSCopying协议:

复制代码 代码如下:

#pragma mark - Override
- (instancetype)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
    Player *copyPlayer = [[[self class] allocWithZone:zone] init];
    copyPlayer.highestLevel = self.highestLevel;
    copyPlayer.currentLevel = self.currentLevel;

    return copyPlayer;
}

这里大家看到NSZone类型, 这是个什么类型呢? 其实它是一个结构体, 是为了防止内存碎片化而引入的一个结构. NSZone会根据你想要开辟的内存大小来分配内存, 提高内存管理. 然而官方的Programming with ARC Release Note也指出， 目前的runtime系统忽略了区域的概念，因为本身的内存管理已经非常有效率，使用Zone反而会降低内存使用，访问效率, 增加源代码复杂度等.所以一般不使用NSZone， 而在这个例子中， 虽说使用了allocWithZone的方法, 但是我们进去看源代码则会发现: Apple其实还是用一般的初始化方法代替了原来的Zone开辟:

复制代码 代码如下:

#pragma mark - Override
- (instancetype)copyWithZone:(NSZone *)zone
+ (instancetype)allocWithZone:(struct _NSZone *)zone OBJC_SWIFT_UNAVAILABLE("use object        
  initializers instead");

原型设计模式基本就是这些, 当然我们的Player类可以变成一个接口, 让子类去实现, 更好的体现面向接口编程.

结果:

2015-09-18 21:30:32.072 DP_Prototype[1173:280693] 
2015-09-18 21:30:32.073 DP_Prototype[1173:280693] 

在其他文件调用copy方法, 即可看到系统为我们新开辟的一块内存, 引用计数为1.

4.Cocoa Touch框架中的对象复制
CocoaTouch框架为NSObject的派生类提供了实现深复制的协议。NSObject的子类需要实现NSCopying协议及其方法--（id）copyWithZone:(NSZone *)zone。NSObject有一个实例方法叫做（id）copy。默认的copy方法调用[selfcopyWithZone:nil]。对于采纳了NSCopying协议的子类，需要实现这个方法，否则将引发异常。IOS中，这个方法保持新的副本对象，然后将其返回。此方法的调用者需要负责释放返回的对象。
深复制的技巧在于：保证确实复制了内存中的资源，而不只是指指针。