Prototype

 

一、 原型(Prototype)模式

原型模式的用意是:通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象类型,然后用复制这个原型对象的办法创建出更多的同类型对象。

从孙大圣的手段谈起

孙悟空在与黄风怪的战斗中,"使一个身外身的手段:把毫毛揪下一把,用口嚼得粉碎,望上一喷,叫声'变',变有百十个行者,都是一样得打扮,各执一根铁棒,把那怪围在空中。"换而言之,孙悟空可以根据自己的形象,复制出很多"身外身"来。

老孙这种身外身的手段在面向对象设计领域里叫原型(Prototype)模式。

C#对原型模式的支持

在C#里面,我们可以很容易的通过Clone()方法实现原型模式。任何类,只要想支持克隆,必须实现C#中的ICloneable接口。ICloneable接口中有一Clone方法,可以在类中复写实现自定义的克隆方法。克隆的实现方法有两种:浅拷贝(shallow copy)与深拷贝(deep copy)。

(以下摘自:《.NET框架程序设计(修订版)》,李建忠译)浅拷贝是指当对象的字段值被拷贝时,字段引用的对象不会被拷贝。例如,如果一个对象有一个指向字符串的字段,并且我们对该对象做了一个浅拷贝,那么两个对象将引用同一个字符串。而深拷贝是对对象实例中字段引用的对象也进行拷贝的一种方式,所以如果一个对象有一个指向字符串的字段,并且我们对该对象做了一个深拷贝的话,我们将创建一个新的对象和一个新的字符串--新对象将引用新字符串。需要注意的是执行深拷贝后,原来的对象和新创建的对象不会共享任何东西;改变一个对象对另外一个对象没有任何影响。


二、 Prototype模式的结构:

 

客户(Client)角色:客户类提出创建对象的请求。
抽象原型(Prototype)角色:这是一个抽象角色,通常由一个C#接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。在C#中,抽象原型角色通常实现了ICloneable接口。
具体原型(Concrete Prototype)角色:被复制的对象。此角色需要实现抽象原型角色所要求的接口。


三、 程序举例:

下面的程序给出了一个示意性的实现:

    // "Prototype"
    abstract class Prototype
    {
        // Fields
        private string id;

        // Constructors
        public Prototype(string id)
        {
            this.id = id;
        }

        public string Id
        {
            get { return id; }
        }

        // Methods
        abstract public Prototype Clone();
    }

    // "ConcretePrototype1"
    class ConcretePrototype1 : Prototype
    {
        // Constructors
        public ConcretePrototype1(string id) : base(id) { }

        // Methods
        override public Prototype Clone()
        {
            // Shallow copy
            return (Prototype)this.MemberwiseClone();
        }
    }

    // "ConcretePrototype2"
    class ConcretePrototype2 : Prototype
    {
        // Constructors
        public ConcretePrototype2(string id) : base(id) { }

        // Methods
        override public Prototype Clone()
        {
            // Shallow copy
            return (Prototype)this.MemberwiseClone();
        }
    }

    /**/
    /// <summary>
    /// Client test
    /// </summary>
    class ClientPro
    {
        public  void Main(string[] args)
        {
            // Create two instances and clone each
            ConcretePrototype1 p1 = new ConcretePrototype1("I");
            ConcretePrototype1 c1 = (ConcretePrototype1)p1.Clone();
            Console.WriteLine("Cloned: {0}", c1.Id);

            ConcretePrototype2 p2 = new ConcretePrototype2("II");
            ConcretePrototype2 c2 = (ConcretePrototype2)p2.Clone();
            Console.WriteLine("Cloned: {0}", c2.Id);
        }
    }


 

这个例子实现了一个浅拷贝。其中MemberwiseClone()方法是Object类的一个受保护方法,实现了对象的浅拷贝。如果希望实现一个深拷贝,应该实现ICloneable接口,并自己编写ICloneable的Clone接口方法。


四、 带Prototype Manager的原型模式

原型模式的第二种形式是带原型管理器的原型模式,其UML图如下:

 

客户(Client)角色:客户端类向原型管理器提出创建对象的请求。
抽象原型(Prototype)角色:这是一个抽象角色,通常由一个C#接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。在C#中,抽象原型角色通常实现了ICloneable接口。
具体原型(Concrete Prototype)角色:被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。
原型管理器(Prototype Manager)角色:创建具体原型类的对象,并记录每一个被创建的对象。


下面这个例子演示了在原型管理器中存储用户预先定义的颜色原型,客户通过原型管理器克隆颜色对象。

    // "Prototype"
    abstract class ColorPrototype
    {
        // Methods
        public abstract ColorPrototype Clone();
    }

    // "ConcretePrototype"
    class Color : ColorPrototype
    {
        // Fields
        private int red, green, blue;

        // Constructors
        public Color(int red, int green, int blue)
        {
            this.red = red;
            this.green = green;
            this.blue = blue;
        }

        // Methods
        public override ColorPrototype Clone()
        {
            // Creates a 'shallow copy'
            return (ColorPrototype)this.MemberwiseClone();
        }

        public void Display()
        {
            Console.WriteLine("RGB values are: {0},{1},{2}",
              red, green, blue);
        }
    }

    // Prototype manager
    class ColorManager
    {
        // Fields
        Hashtable colors = new Hashtable();

        // Indexers
        public ColorPrototype this[string name]
        {
            get { return (ColorPrototype)colors[name]; }
            set { colors.Add(name, value); }
        }
    }

    /**/
    /// <summary>
    ///  PrototypeApp test
    /// </summary>
    class PrototypeApp
    {
        public  void Main(string[] args)
        {
            ColorManager colormanager = new ColorManager();

            // Initialize with standard colors
            colormanager["red"] = new Color(255, 0, 0);
            colormanager["green"] = new Color(0, 255, 0);
            colormanager["blue"] = new Color(0, 0, 255);

            // User adds personalized colors
            colormanager["angry"] = new Color(255, 54, 0);
            colormanager["peace"] = new Color(128, 211, 128);
            colormanager["flame"] = new Color(211, 34, 20);

            // User uses selected colors
            string colorName = "red";
            Color c1 = (Color)colormanager[colorName].Clone();
            c1.Display();

            colorName = "peace";
            Color c2 = (Color)colormanager[colorName].Clone();
            c2.Display();

            colorName = "flame";
            Color c3 = (Color)colormanager[colorName].Clone();
            c3.Display();
        }
    }


 



五、 浅拷贝与深拷贝

下面给出浅拷贝与深拷贝的两个例子,例子使用了ICloneable接口。C#中的数组是引用型的变量,我们通过数组来进行演示:

浅拷贝:

class ShallowCopy : ICloneable
    {
        public int[] v = { 1, 2, 3 };

        public Object Clone()
        {
            return this.MemberwiseClone();
        }

        public void Display()
        {
            foreach (int i in v)
                Console.Write(i + ", ");
            Console.WriteLine();
        }
    }

    class Client1
    {
        public void Main()
        {
            ShallowCopy sc1 = new ShallowCopy();
            ShallowCopy sc2 = (ShallowCopy)sc1.Clone();
            sc1.v[0] = 9;

            sc1.Display();
            sc2.Display();
        }
    }



ShallowCopy对象实现了一个浅拷贝,因此当对sc1进行克隆时,其字段v并没有克隆,这导致sc1与sc2的字段v都指向了同一个v,因此,当修改了sc1的v[0]后,sc2的v[0]也发生了变化。

深拷贝:

    class DeepCopy : ICloneable
    {
        public int[] v = { 1, 2, 3 };

        // 默认构造函数
        public DeepCopy()
        {
        }

        // 供Clone方法调用的私有构造函数
        private DeepCopy(int[] v)
        {
            this.v = (int[])v.Clone();
        }

        public Object Clone()
        {
            // 构造一个新的DeepCopy对象,构造参数为
            // 原有对象中使用的 v 
            return new DeepCopy(this.v);
        }

        public void Display()
        {
            foreach (int i in v)
                Console.Write(i + ", ");
            Console.WriteLine();
        }
    }

    class ClientDeepCopy
    {
        public void Main()
        {
            DeepCopy dc1 = new DeepCopy();
            DeepCopy dc2 = (DeepCopy)dc1.Clone();
            dc1.v[0] = 9;

            dc1.Display();
            dc2.Display();
        }
    }



这次在克隆的时候,不但克隆对象本身,连里面的数组字段一并克隆。因此,最终打印出来的dc1与dc2不同。


六、 Prototype模式的优点与缺点

Prototype模式的优点包括

1、Prototype模式允许动态增加或减少产品类。由于创建产品类实例的方法是产批类内部具有的,因此增加新产品对整个结构没有影响。

2、Prototype模式提供了简化的创建结构。工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构,而Prototype模式就不需要这样。

3、Portotype模式具有给一个应用软件动态加载新功能的能力。由于Prototype的独立性较高,可以很容易动态加载新功能而不影响老系统。

4、产品类不需要非得有任何事先确定的等级结构,因为Prototype模式适用于任何的等级结构。


Prototype模式的缺点:

Prototype模式的最主要缺点就是每一个类必须配备一个克隆方法。而且这个克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑,这对全新的类来说不是很难,但对已有的类进行改造时,不一定是件容易的事。


参考文献:
阎宏,《Java与模式》,电子工业出版社
[美]James W. Cooper,《C#设计模式》,电子工业出版社
[美]Alan Shalloway  James R. Trott,《Design Patterns Explained》,中国电力出版社
[美]Robert C. Martin,《敏捷软件开发-原则、模式与实践》,清华大学出版社
[美]Don Box, Chris Sells,《.NET本质论 第1卷:公共语言运行库》,中国电力出版社

转载自http://www.cnblogs.com/zhenyulu/articles/39257.html

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