一、引言

在开始今天的文章之前先说明一点,欢迎大家来指正。很多人说原型设计模式会节省机器内存,他们说是拷贝出来的对象,这些对象其实都是原型的复制,不会使用内存。我认为这是不对的,因为拷贝出来的每一个对象都是实际存在的,每个对象都有自己的独立内存地址,都会被GC回收。如果就浅拷贝来说,可能会公用一些字段,深拷贝是不会的,所以说原型设计模式会提高内存使用率,不一定。具体还要看当时的设计,如果拷贝出来的对象缓存了,每次使用的是缓存的拷贝对象,那就另当别论了,再说该模式本身解决的不是内存使用率的问题。
     现在说说原型模式的要解决的问题吧,在软件系统中,当创建一个类的实例的过程很昂贵或很复杂,并且我们需要创建多个这样类的实例时,如果我们用new操作符去创建这样的类实例,这就会增加创建类的复杂度和创建过程与客户代码复杂的耦合度。如果采用工厂模式来创建这样的实例对象的话,随着产品类的不断增加,导致子类的数量不断增多,也导致了相应工厂类的增加,维护的代码维度增加了,因为有产品和工厂两个维度了,反而增加了系统复杂程度,所以在这里使用工厂模式来封装类创建过程并不合适。由于每个类实例都是相同的,这个相同指的是类型相同,但是每个实例的状态参数会有不同,如果状态数值也相同就没意义了,有一个这样的对象就可以了。当我们需要多个相同的类实例时,可以通过对原来对象拷贝一份来完成创建,这个思路正是原型模式的实现方式。

二、原型模式的详细介绍

2.1、动机(Motivate)

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?

2.2、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

2.3、结构图(Structure)

2.4、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。

2.5 原型模式的具体实现

《大话西游之大圣娶亲》这部电影,没看过的人不多吧,里面有这样一个场景。牛魔王使用无敌牛虱大战至尊宝,至尊宝的应对之策就是,从脑后把下一撮猴毛,吹了口仙气,无数猴子猴孙现身,来大战牛魔王的无敌牛虱。至尊宝的猴子猴孙就是该原型模式的最好体现。至尊宝创建自己的一个副本,不用还要重新孕育五百年,然后出世,再学艺,最后来和老牛大战,估计黄花菜都凉了。他有3根救命猴毛,轻轻一吹,想要多少个自己就有多少个,方便,快捷。

 /// <summary>
/// 原型设计模式,每个具体原型是一类对象的原始对象,通过每个原型对象克隆出来的对象也可以进行设置,在原型的基础之上丰富克隆出来的对象,所以要设计好抽象原型的接口
/// </summary>
namespace 设计模式之原型模式
{
/// <summary>
/// 客户类
/// </summary>
class Customer
{
static void Main(string[] args)
{
Prototype xingZheSun = new XingZheSunPrototype();
Prototype xingZheSun2 = xingZheSun.Clone();
Prototype xingZheSun3 = xingZheSun.Clone(); Prototype sunXingZhe = new SunXingZhePrototype();
Prototype sunXingZhe2 = sunXingZhe.Clone();
Prototype sunXingZhe3 = sunXingZhe.Clone();
Prototype sunXingZhe4 = sunXingZhe.Clone();
Prototype sunXingZhe5 = sunXingZhe.Clone(); //1号孙行者打妖怪
sunXingZhe.Fight();
//2号孙行者去化缘
sunXingZhe2.BegAlms(); //战斗和化缘也可以分类,比如化缘,可以分:水果类化缘,饭食类化缘;战斗可以分为:天界宠物下界成妖的战斗,自然修炼成妖的战斗,大家可以自己去想吧,原型模式还是很有用的 Console.Read();
}
} /// <summary>
/// 抽象原型,定义了原型本身所具有特征和动作,该类型就是至尊宝
/// </summary>
public abstract class Prototype
{
// 战斗--保护师傅
public abstract void Fight();
// 化缘--不要饿着师傅
public abstract void BegAlms(); // 吹口仙气--变化一个自己出来
public abstract Prototype Clone();
} /// <summary>
/// 具体原型,例如:行者孙,他只负责化斋饭食和与天界宠物下界的妖怪的战斗
/// </summary>
public sealed class XingZheSunPrototype:Prototype
{
// 战斗--保护师傅--与自然修炼成妖的战斗
public override void Fight()
{
Console.WriteLine("腾云驾雾,各种武艺");
}
// 化缘--不要饿着师傅--饭食类
public override void BegAlms()
{
Console.WriteLine("什么都能要来");
} // 吹口仙气--变化一个自己出来
public override Prototype Clone()
{
return (XingZheSunPrototype)this.MemberwiseClone();
}
} /// <summary>
/// 具体原型,例如:孙行者,他只负责与自然界修炼成妖的战斗和化斋水果
/// </summary>
public sealed class SunXingZhePrototype : Prototype
{
// 战斗--保护师傅-与天界宠物战斗
public override void Fight()
{
Console.WriteLine("腾云驾雾,各种武艺");
}
// 化缘--不要饿着师傅---水果类
public override void BegAlms()
{
Console.WriteLine("什么都能要来");
} // 吹口仙气--变化一个自己出来
public override Prototype Clone()
{
return (SunXingZhePrototype)this.MemberwiseClone();
}
}
}

上面代码中都有详细的注释代码,这里就不过多解释。

三、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。

    3.1】、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

   3.2】、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。

   3.3】、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。

四、.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,如下图所示(图中只截取了部分,可以用ILSpy反编译工具进行查看):

namespace System
{
[ComVisible(true)]
public interface ICloneable
{
object Clone();
}
}

在Net的FCL里面实现ICloneable接口的类如图,自己可以去查看每个类自己的实现,在此就不贴出来了。

五、总结

       到今天为止,所有的创建型设计模式就写完了。学习设计模式应该是有一个循序渐进的过程,当我们写代码的时候不要一上来就用什么设计模式,而是通过重构来使用设计模式。创建型的设计模式写完了,我们就总结一下。Singleton单件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。

最新文章

  1. 用python爬取QQ空间
  2. flask-admin章节一:使用chartkick画报表
  3. virtual box使用
  4. hiho#1033 : 交错和
  5. 在同一个页面中加载多个不同的jQuery版本
  6. Oracle数据库—— PL/SQL进阶编程
  7. Code Complete阅读笔记(二)
  8. Spring IOC 之ApplicationContext的其他功能
  9. retrofit2学习
  10. Linq分组,linq方法分组
  11. spring mvc 文件下载
  12. Docker存储驱动之Btrfs简介
  13. spring注解大全
  14. 分享基于分布式Http长连接框架--设计模型
  15. C++分布式实时应用框架 (Cpp Distributed Real-time Application Framework)----(一):整体介绍
  16. JavaScript 局部刷新
  17. 自然语言处理工具HanLP被收录中国大数据产业发展的创新技术新书《数据之翼》
  18. Java并发笔记-未完待续待详解
  19. UNIX高手应该保持的习惯
  20. 第一个ASP.NET MVC应用程序

热门文章

  1. codewars 题目笔记
  2. 基于TensorFlow的深度学习系列教程 1——Hello World!
  3. eclipse使用和快捷键
  4. Shiro基础
  5. 第二节:Web前端-ASP.NET之C#基础
  6. Java模拟斗地主发牌和洗牌
  7. Spark基础-scala学习(七、类型参数)
  8. SpringDataJPA与Mybatis的优异性
  9. 解决添加codova plugin 编译出现问题:Execution failed for task &#39;:processDebugManifest&#39;.
  10. CSS有哪些属性是可以继承的?