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C語言編程中使用設計模式中的原型模式的講解
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：
接口：試卷樣例代碼
///
/// 選答題 ///
public class SelectTest { private string other; public string 你老婆多大 { get { return this.other; } set { this.other = value; } } } ///
/// 面試題 ///
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
///
/// 繼承Itest接口 ///
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
///
/// 選答題 ///
[Serializable] public class SelectTest { private string other; public string 你老婆多大 { get { return this.other; } set { this.other = value; } } } ///
/// 面試題 ///
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; } } ///
/// 繼承Itest接口 ///
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
(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(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：
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）：
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