.Net设计模式之原型模式(Prototype)

一、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?

二、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

三、结构(Structure)

.Net设计模式之原型模式(Prototype)_第1张图片

我们看了这么多设计模式的类图了,大家应该也总结出一些经验来,客户端依赖的都是抽象的接口,【这个接口不是C#语言里面的Interface或者抽象类】,原型模式里面有一个抽象原型对象,他是稳定的,通过自身的克隆实现对象的创建。

四、模式的组成

可以看出,在原型模式的结构图有以下角色:
(1)、原型类(Prototype):原型类,声明一个Clone自身的接口;
(2)、具体原型类(ConcretePrototype):实现一个Clone自身的操作。
在原型模式中,Prototype通常提供一个包含Clone方法的接口,具体的原型ConcretePrototype使用Clone方法完成对象的创建。

五、 原型模式的具体实现

假设在一些打斗游戏场景中,有这样一些角色,普通(NormalActor),可以飞的(FlyActor).

//抽象原型(相当于工厂)
public abstract class NormalActor
{
    public abstract NormalActor Clone();
}

public abstract class FlyActor
{
    public abstract FlyActor Clone();
}

//具体实现
public class NormalActorA : NormalActor
{
    public override NormalActor Clone()
    {
        return (NormalActor)this.MemberwiseClone();
    }
}

public class FlyActorA : FlyActor
{
    public override FlyActor Clone()
    {
        return (FlyActor)this.MemberwiseClone();
    }
}

客户程序:

public class GameSystem
{
    public void Run(NormalActor normalActor, FlyActor flyactor)//如果把参数定义成属性也可以的不影响设计模式的实现。
    {
        //需要3个小兵
        NormalActor noramlActor1 = normalActor.Clone();//克隆
        NormalActor noramlActor2 = normalActor.Clone();
        NormalActor noramlActor3 = normalActor.Clone();
        //需要两个飞人
        FlyActor flyActor1 = flyactor.Clone();
        FlyActor flyActor2 = flyactor.Clone();
    }
}

应用程序:

internal class App
{
    public static void Main()
    {
        GameSystem gamesystem = new GameSystem();
        gamesystem.Run(new NormalActorA(), new FlyActorA(), new FlyActorA());
    }
}

有一点要注意,MemberwiseClone方法只是一种浅拷贝,它只能拷贝所有的值类型和String,如果是引用类型(例如数组),它就会只拷贝引用,而不会重新创建对象,例如对数组,就只会拷贝数组的地址。

六、原型模式的实现要点:

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”。
Prototype模式对于“如何创建易变类的实体对象”(创建型模式除了Singleton模式以外,都是用于解决创建易变类的实体对象的问题的)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。
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。

1、原型模式的优点:

(1)、原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性
(2)、原型模式允许动态增加或较少产品类。
(3)、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。
(4)、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

2、原型模式的缺点:

(1)、每个类必须配备一个克隆方法
(2)、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。

3、原型模式使用的场景:

(1)、资源优化场景
  类初始化需要消化非常多的资源,这个资源包括数据、硬件资源等。
(2)、性能和安全要求的场景
  通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限,则可以使用原型模式。
(3)、一个对象多个修改者的场景
  一个对象需要提供给其他对象访问,而且各个调用者可能都需要修改其值时,可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。
在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过clone的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。

七、.NET 中原型模式的实现

在.NET中,微软已经为我们提供了原型模式的接口实现,该接口就是ICloneable,其实这个接口就是抽象原型,提供克隆方法,相当于与上面代码中Prototype抽象类,其中的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,首先定义类实现ICloneable接口的Clone方法。其实在.NET中实现了ICloneable接口的类有很多。

八、创建型模式的总结

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。
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”。(其实原型就是一个特殊的工厂类,它只是把工厂和实体对象耦合在一起了)
如果遇到“易变类”,起初的设计通常从Factory Method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)。
一般来说,如果可以使用Factory Method,那么一定可以使用Prototype。但是Prototype的使用情况一般是在类比较容易克隆的条件之上,如果是每个类实现比较简单,都可以只用实现MemberwiseClone,没有引用类型的深拷贝,那么就更适合了。Prototype如果要实现深拷贝,还需要在每个要克隆的类上加序列化标签,这点复杂度要考虑进程序中。

到此这篇关于.Net设计模式之原型模式(Prototype)的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

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