C#編程中使用設計模式中的原型模式的實例講解

2020-01-24 01:16:22

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供稿：網友

一、引言
在軟件系統中，當創建一個類的實例的過程很昂貴或很復雜，并且我們需要創建多個這樣類的實例時，如果我們用new操作符去創建這樣的類實例，這未免會增加創建類的復雜度和耗費更多的內存空間，因為這樣在內存中分配了多個一樣的類實例對象，然后如果采用工廠模式來創建這樣的系統的話，隨著產品類的不斷增加，導致子類的數量不斷增多，反而增加了系統復雜程度，所以在這里使用工廠模式來封裝類創建過程并不合適，然而原型模式可以很好地解決這個問題，因為每個類實例都是相同的，當我們需要多個相同的類實例時，沒必要每次都使用new運算符去創建相同的類實例對象，此時我們一般思路就是想――只創建一個類實例對象，如果后面需要更多這樣的實例，可以通過對原來對象拷貝一份來完成創建，這樣在內存中不需要創建多個相同的類實例，從而減少內存的消耗和達到類實例的復用。然而這個思路正是原型模式的實現方式。下面就具體介紹下設計模式中的原型設計模式。

二、原型模式的詳細介紹
我們來看一個入學考試場景實例

基對象（一般為接口，抽象類）：考試題（樣卷）

原型模式的復職克隆：根據需要印刷考卷，這里的考卷都是復制考試題樣卷

客戶端：學生答卷，同一套試卷，學生做題不可能一模一樣

類圖：

2016217153039715.png (784×574)

接口：試卷樣例代碼

  /// <summary>  /// 選答題  /// </summary>  public class SelectTest  {    private string other;    public string 你老婆多大    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }  }  /// <summary>  /// 面試題  /// </summary>  public interface Itest  {    Itest Clone();    string 知道設計模式嗎    {      get;      set;    }    string 設計模式有幾種    {      get;      set;    }    string 你知道那些    {      get;      set;    }    SelectTest 附加題    {      get;      set;    }    Test Test    {      get;      set;    }    Test Test1    {      get;      set;    }  }

復制克隆：復印機

 /// <summary>  /// 繼承Itest接口  /// </summary>  public class Test : Itest  {    private string one;    private string two;    private string three;    private SelectTest other=new SelectTest();    public string 知道設計模式嗎    {      get      {        return this.one;      }      set      {        this.one = value;      }    }    public string 設計模式有幾種    {      get      {        return this.two;      }      set      {        this.two = value;      }    }    public string 你知道那些    {      get      {        return this.three;      }      set      {        this.three = value;      }    }    public SelectTest 附加題    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }    #region IColorDemo 成員    public Itest Clone()    {      //克隆當前類      return (Itest)this.MemberwiseClone();    }    #endregion  }

客戶端，發卷做題

 static void Main()    {      //印刷試卷      Itest test = new Test();      //復制樣本試卷      Itest test1 = test.Clone();            //考生1      test.設計模式有幾種 = "23";      test.附加題.你老婆多大 = "18";      //考生2      test1.設計模式有幾種 = "24";      test1.附加題.你老婆多大 = "20";      //顯示考生答卷內容      Console.WriteLine("test設計模式有幾種:" + test.設計模式有幾種);  //23      Console.WriteLine("test附加題.你老婆多大:" + test.附加題.你老婆多大);  //20      Console.WriteLine("test1設計模式有幾種:" + test1.設計模式有幾種);  //24      Console.WriteLine("test1附加題.你老婆多大:" + test1.附加題.你老婆多大); //20      Console.ReadKey();    }

注意：這里兩個人答得不一樣，為什么附加題中，老婆年齡都為20？

這里涉及到深拷貝，淺拷貝問題，值類型是放在棧上的，拷貝之后，會自會在站上重新add一個，而class屬于引用類型，拷貝之后，棧上重新分配啦一個指針，可指針卻指向同一個位置的資源。淺拷貝，只拷貝值類型，深拷貝，引用類型也拷貝復制。

解決方案：

 public Itest Clone()    {      //克隆當前類      Itest itst= (Itest)this.MemberwiseClone();      SelectTest st = new SelectTest();      st.你老婆多大 = this.other.你老婆多大;      itst.附加題 = st;      return itst;    }

使用序列化解決

/// <summary>  /// 選答題  /// </summary>  [Serializable]   public class SelectTest  {    private string other;    public string 你老婆多大    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }  }  /// <summary>  /// 面試題  /// </summary>  public interface Itest  {    Itest Clone();    string 知道設計模式嗎    {      get;      set;    }    string 設計模式有幾種    {      get;      set;    }    string 你知道那些    {      get;      set;    }    SelectTest 附加題    {      get;      set;    }     }  /// <summary>  /// 繼承Itest接口  /// </summary>  public class Test : Itest  {    private string one;    private string two;    private string three;    private SelectTest other=new SelectTest();    public string 知道設計模式嗎    {      get      {        return this.one;      }      set      {        this.one = value;      }    }    public string 設計模式有幾種    {      get      {        return this.two;      }      set      {        this.two = value;      }    }    public string 你知道那些    {      get      {        return this.three;      }      set      {        this.three = value;      }    }    public SelectTest 附加題    {      get      {        return this.other;      }      set      {        this.other = value;      }    }        public Itest Clone()    {      SerializableHelper SerializableHelper = new 原型模式.SerializableHelper();      string target = SerializableHelper.Serializable(this);      return SerializableHelper.Derializable<Itest>(target);     }  } public class SerializableHelper  {    public string Serializable(object target)    {      using (MemoryStream stream = new MemoryStream())      {        new BinaryFormatter().Serialize(stream, target);        return Convert.ToBase64String(stream.ToArray());      }    }    public object Derializable(string target)    {      byte[] targetArray = Convert.FromBase64String(target);      using (MemoryStream stream = new MemoryStream(targetArray))      {        return new BinaryFormatter().Deserialize(stream);      }    }    public T Derializable<T>(string target)    {      return (T)Derializable(target);    }  }

這就是對原型模式的運用。介紹完原型模式的實現代碼之后，下面看下原型模式的類圖，通過類圖來理清原型模式實現中類之間的關系。具體類圖如下：

2016217153142427.png (758×262)

三、原型模式的優缺點

原型模式的優點有：

原型模式向客戶隱藏了創建新實例的復雜性
原型模式允許動態增加或較少產品類。
原型模式簡化了實例的創建結構，工廠方法模式需要有一個與產品類等級結構相同的等級結構，而原型模式不需要這樣。
產品類不需要事先確定產品的等級結構，因為原型模式適用于任何的等級結構

原型模式的缺點有：
每個類必須配備一個克隆方法
配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對于全新的類不是很難，但對于已有的類不一定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環結構的時候。

四、.NET中原型模式的實現
在.NET中可以很容易地通過實現ICloneable接口（這個接口就是原型，提供克隆方法，相當于與上面代碼中MonkeyKingPrototype抽象類）中Clone()方法來實現原型模式，如果我們想我們自定義的類具有克隆的功能，首先定義類繼承與ICloneable接口并實現Clone方法。在.NET中實現了原型模式的類如下圖所示（圖中只截取了部分，可以用Reflector反編譯工具進行查看）：

2016217153206825.png (378×557)