设计模式 5
- 创建型模式（5）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
- 结构型模式（7）：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式
- 行为型模式（11）：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式
文章目录
- [设计模式 5](#设计模式 5)
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- [原型模式（Prototype Pattern）](#原型模式（Prototype Pattern）)
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- [1 定义](#1 定义)
- [2 结构](#2 结构)
- [3 示例代码](#3 示例代码)
- [4 特点](#4 特点)
- [5 适用场景](#5 适用场景)
- [6 与其他模式对比](#6 与其他模式对比)
原型模式（Prototype Pattern）
1 定义
原型模式允许一个对象通过复制自身来创建新的对象。这种模式提供了一种创建对象的快捷方式，尤其适用于创建代价较高的对象。
2 结构
原型模式的结构包含以下角色：
- 原型（Prototype）: 定义一个可以克隆自身的接口。
- 具体原型（ConcretePrototype） : 实现
Prototype接口并能够克隆自身。 - 客户端（Client） : 通过请求
Prototype对象复制自身来创建新对象。
UML 类图
scss
+----------------------+ +-------------------------+
| Prototype |<---------------| ConcretePrototype |
+----------------------+ +-------------------------+
| + Clone(): Prototype | | + Clone(): Prototype |
+----------------------+ +-------------------------+
/|\ |
| |
| |
+---------------------+ +---------------------------------+
| Client | | AnotherConcretePrototype |
+---------------------+ +---------------------------------+
| + Operation() | | + Clone(): Prototype |
+---------------------+ +---------------------------------+3 示例代码
原型模式的核心在于实现对象的深拷贝或浅拷贝。以下是一个实现原型模式的简单示例，其中我们克隆一个对象来创建新的对象。
原型接口
csharp
// 原型接口
public abstract class Prototype
{
public abstract Prototype Clone();
}具体原型类
csharp
// 具体原型类
public class ConcretePrototype : Prototype
{
public string Name { get; set; }
public ConcretePrototype(string name)
{
Name = name;
}
// 实现克隆方法
public override Prototype Clone()
{
return (Prototype)this.MemberwiseClone(); // 浅拷贝
}
}客户端代码
csharp
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 创建一个原型对象
ConcretePrototype prototype1 = new ConcretePrototype("Prototype 1");
// 克隆原型对象
ConcretePrototype clonedPrototype = (ConcretePrototype)prototype1.Clone();
// 显示克隆对象的属性
Console.WriteLine("Original Prototype Name: " + prototype1.Name);
Console.WriteLine("Cloned Prototype Name: " + clonedPrototype.Name);
// 修改克隆对象的属性
clonedPrototype.Name = "Cloned Prototype 1";
Console.WriteLine("\nAfter modification:");
Console.WriteLine("Original Prototype Name: " + prototype1.Name);
Console.WriteLine("Cloned Prototype Name: " + clonedPrototype.Name);
}
}在这个例子中，ConcretePrototype 是具体的原型类，实现了 Clone 方法。Clone 方法使用 MemberwiseClone 来执行浅拷贝，这意味着对象的成员变量会被复制，但对象的引用类型成员变量依然指向同一个内存地址。
浅拷贝与深拷贝：
- 浅拷贝（Shallow Copy）: 复制对象时，只复制对象的基本数据类型成员变量，对于引用类型成员变量，只复制引用，不复制引用指向的对象。
- 深拷贝（Deep Copy）: 复制对象时，不仅复制对象的基本数据类型成员变量，也复制引用类型成员变量所引用的对象，生成全新的副本。
深拷贝的实现
要实现深拷贝，可以在 Clone 方法中手动复制引用类型的成员变量，或者通过序列化和反序列化来实现。
csharp
// 实现深拷贝的具体原型类
[Serializable]
public class DeepConcretePrototype : Prototype
{
public string Name { get; set; }
public List<string> Features { get; set; }
public DeepConcretePrototype(string name, List<string> features)
{
Name = name;
Features = features;
}
public override Prototype Clone()
{
// 深拷贝：通过序列化和反序列化
using (MemoryStream stream = new MemoryStream())
{
IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
formatter.Serialize(stream, this);
stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
return (Prototype)formatter.Deserialize(stream);
}
}
}4 特点
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优点:
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减少对象创建的成本: 尤其是当对象的创建代价很高时，通过克隆一个现有的对象可以减少资源消耗。
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避免复杂对象的重复创建: 当创建复杂对象需要设置大量参数或步骤时，原型模式可以避免重复工作。
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易于扩展: 可以通过继承现有原型类来扩展新的克隆行为，而无需修改现有代码。
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缺点:
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深拷贝实现复杂: 如果对象包含复杂的引用关系，深拷贝的实现可能会很复杂。
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容易引起混淆: 如果在系统中有多个原型对象，可能会导致代码的可读性降低，增加理解难度。
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5 适用场景
- 对象创建代价高: 当一个对象的创建成本高昂（如初始化配置、数据库连接等）时，使用原型模式可以减少创建成本。
- 对象结构复杂: 对于具有复杂结构的对象，使用原型模式可以避免重复的创建工作。
- 需要多个类似实例: 当需要生成一系列相似对象时，使用原型模式可以通过克隆现有对象来快速创建新对象。
6 与其他模式对比
- 与工厂模式的区别: 工厂模式是通过实例化来创建对象，而原型模式是通过克隆已有对象来创建新对象。
- 与建造者模式的区别: 建造者模式关注的是一步步构建复杂对象，而原型模式是通过复制现有对象来创建新对象。
原型模式非常适合在对象创建复杂或成本较高的场景下使用，它通过克隆来简化对象的创建过程并提高性能。