C#编程中使用设计模式中的原型模式的实例讲解

一、引言
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，这未免会增加创建类的复杂度和耗费更多的内存空间，因为这样在内存中分配了多个一样的类实例对象，然后如果采用工厂模式来创建这样的系统的话，随着产品类的不断增加，导致子类的数量不断增多，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，然而原型模式可以很好地解决这个问题，因为每个类实例都是相同的，当我们需要多个相同的类实例时，没必要每次都使用new运算符去创建相同的类实例对象，此时我们一般思路就是想——只创建一个类实例对象，如果后面需要更多这样的实例，可以通过对原来对象拷贝一份来完成创建，这样在内存中不需要创建多个相同的类实例，从而减少内存的消耗和达到类实例的复用。 然而这个思路正是原型模式的实现方式。下面就具体介绍下设计模式中的原型设计模式。

二、原型模式的详细介绍
我们来看一个入学考试场景实例

基对象（一般为接口，抽象类）：考试题（样卷）

原型模式的复职克隆：根据需要印刷考卷，这里的考卷都是复制考试题样卷

客户端：学生答卷，同一套试卷，学生做题不可能一模一样

类图：

接口：试卷样例代码

  /// <summary>
  /// 选答题
  /// </summary>
  public class SelectTest
  {
    private string other;
    public string 你老婆多大
    {
      get
      {
        return this.other;
      }
      set
      {
        this.other = value;
      }
    }
  }
  /// <summary>
  /// 面试题
  /// </summary>
  public interface Itest
  {
    Itest Clone();

    string 知道设计模式吗
    {
      get;
      set;
    }
    string 设计模式有几种
    {
      get;
      set;
    }
    string 你知道那些
    {
      get;
      set;
    }
    SelectTest 附加题
    {
      get;
      set;
    }

    Test Test
    {
      get;
      set;
    }

    Test Test1
    {
      get;
      set;
    }
  }

复制克隆：复印机

 /// <summary>
  /// 继承Itest接口
  /// </summary>
  public class Test : Itest
  {
    private string one;
    private string two;
    private string three;
    private SelectTest other=new SelectTest();
    public string 知道设计模式吗
    {
      get
      {
        return this.one;
      }
      set
      {
        this.one = value;
      }
    }
    public string 设计模式有几种
    {
      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 附加题
    {
      get
      {
        return this.other;
      }
      set
      {
        this.other = value;
      }
    }
    #region IColorDemo 成员

    public Itest Clone()
    {
      //克隆当前类
      return (Itest)this.MemberwiseClone();
    }
    #endregion
  }

客户端，发卷做题

 static void Main()
    {
      //印刷试卷
      Itest test = new Test();
      //复制样本试卷
      Itest test1 = test.Clone();
      
      //考生1
      test.设计模式有几种 = "23";
      test.附加题.你老婆多大 = "18";

      //考生2
      test1.设计模式有几种 = "24";
      test1.附加题.你老婆多大 = "20";

      //显示考生答卷内容
      Console.WriteLine("test设计模式有几种:" + test.设计模式有几种);  //23
      Console.WriteLine("test附加题.你老婆多大:" + test.附加题.你老婆多大);  //20
      Console.WriteLine("test1设计模式有几种:" + test1.设计模式有几种);  //24
      Console.WriteLine("test1附加题.你老婆多大:" + test1.附加题.你老婆多大); //20

      Console.ReadKey();
    }

注意：这里两个人答得不一样，为什么附加题中，老婆年龄都为20？

这里涉及到深拷贝，浅拷贝问题，值类型是放在栈上的，拷贝之后，会自会在站上重新add一个，而class属于引用类型，拷贝之后，栈上重新分配啦一个指针，可指针却指向同一个位置的资源。浅拷贝，只拷贝值类型，深拷贝，引用类型也拷贝复制。

解决方案：

 public Itest Clone()
    {
      //克隆当前类
      Itest itst= (Itest)this.MemberwiseClone();
      SelectTest st = new SelectTest();
      st.你老婆多大 = this.other.你老婆多大;
      itst.附加题 = st;
      return itst;

    } 

使用序列化解决

/// <summary>
  /// 选答题
  /// </summary>
  [Serializable] 
  public class SelectTest
  {
    private string other;
    public string 你老婆多大
    {
      get
      {
        return this.other;
      }
      set
      {
        this.other = value;
      }
    }
  }
  /// <summary>
  /// 面试题
  /// </summary>
  public interface Itest
  {
    Itest Clone();

    string 知道设计模式吗
    {
      get;
      set;
    }
    string 设计模式有几种
    {
      get;
      set;
    }
    string 你知道那些
    {
      get;
      set;
    }
    SelectTest 附加题
    {
      get;
      set;
    }
   
  }

  /// <summary>
  /// 继承Itest接口
  /// </summary>

  public class Test : Itest
  {
    private string one;
    private string two;
    private string three;
    private SelectTest other=new SelectTest();
    public string 知道设计模式吗
    {
      get
      {
        return this.one;
      }
      set
      {
        this.one = value;
      }
    }
    public string 设计模式有几种
    {
      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 附加题
    {
      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);
    }
  }

这就是对原型模式的运用。介绍完原型模式的实现代码之后，下面看下原型模式的类图，通过类图来理清原型模式实现中类之间的关系。具体类图如下：

三、原型模式的优缺点

原型模式的优点有：

原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性
原型模式允许动态增加或较少产品类。
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。
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

原型模式的缺点有：
每个类必须配备一个克隆方法
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。

四、.NET中原型模式的实现
在.NET中可以很容易地通过实现ICloneable接口（这个接口就是原型，提供克隆方法，相当于与上面代码中MonkeyKingPrototype抽象类）中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，首先定义类继承与ICloneable接口并实现Clone方法。在.NET中实现了原型模式的类如下图所示（图中只截取了部分，可以用Reflector反编译工具进行查看）：