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公告

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。
  

 1 /// <summary>
 2 /// 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
 3 /// </summary>
 4 namespace 设计模式之原型模式
 5 {
 6     /// <summary>
 7     /// 客户类
 8     /// </summary>
 9     class Customer
10     {
11         static void Main(string[] args)
12         {
13             Prototype xingZheSun = new XingZheSunPrototype();
14             Prototype xingZheSun2 = xingZheSun.Clone();
15             Prototype xingZheSun3 = xingZheSun.Clone();
16 
17             Prototype sunXingZhe = new SunXingZhePrototype();
18             Prototype sunXingZhe2 = sunXingZhe.Clone();
19             Prototype sunXingZhe3 = sunXingZhe.Clone();
20             Prototype sunXingZhe4 = sunXingZhe.Clone();
21             Prototype sunXingZhe5 = sunXingZhe.Clone();
22 
23             //1号孙行者打妖怪
24             sunXingZhe.Fight();
25             //2号孙行者去化缘
26             sunXingZhe2.BegAlms();
27 
28             //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
29 
30             Console.Read();
31         }
32     }
33 
34     /// <summary>
35     /// 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
36     /// </summary>
37     public abstract class Prototype
38     {
39         // 战斗--保护师傅
40         public abstract void Fight();
41         // 化缘--不要饿着师傅
42         public abstract void BegAlms();
43 
44         // 吹口仙气--变化一个自己出来
45         public abstract Prototype Clone();
46     }
47 
48     /// <summary>
49     /// 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
50     /// </summary>
51     public sealed class XingZheSunPrototype:Prototype
52     {
53         // 战斗--保护师傅--与自然修炼成妖的战斗
54         public override void Fight()
55         {
56             Console.WriteLine("腾云驾雾,各种武艺");
57         }
58         // 化缘--不要饿着师傅--饭食类
59         public override void BegAlms()
60         {
61             Console.WriteLine("什么都能要来");
62         }
63 
64         // 吹口仙气--变化一个自己出来
65         public override Prototype Clone()
66         {
67             return (XingZheSunPrototype)this.MemberwiseClone();
68         }
69     }
70 
71     /// <summary>
72     /// 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
73     /// </summary>
74     public sealed class SunXingZhePrototype : Prototype
75     {
76         // 战斗--保护师傅-与天界宠物战斗
77         public override void Fight()
78         {
79             Console.WriteLine("腾云驾雾,各种武艺");
80         }
81         // 化缘--不要饿着师傅---水果类
82         public override void BegAlms()
83         {
84             Console.WriteLine("什么都能要来");
85         }
86 
87         // 吹口仙气--变化一个自己出来
88         public override Prototype Clone()
89         {
90             return (SunXingZhePrototype)this.MemberwiseClone();
91         }
92     }
93 }


   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。

posted on 2017-10-09 14:14 可均可可 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏