設計模式(5) 原型模式

• 原型模式
• 原型模式的適用場景
• 淺拷貝
• 深拷貝
• 用Initialize方法修改初始化狀態

原型模式與以前學習的各類工廠方法、單例模式、建造者模式最大、最直觀的區別在於，它是從一個既有的對象「克隆」出新的對象，而不是從無到有建立一個全新的對象。與對文件的拷貝相似，原型模式是基於現有的對象拷貝新的對象。

原型模式

GOF對原型模式的描述爲：
Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype..
— Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software

原型模式的構造對象的的過程是，選擇一個現成對象（原型對象），經過調用它的「克隆」方法來得到一個和它同樣的對象。
其UML類圖爲：

原型模式的適用場景

原型模式適用與以下場景：

• Factory、Builder、Singleton返回的都是「初始狀態」的對象，但有的時候須要的對象反而是處於某種狀態的對象；
• 若是一個對象的初始化須要不少其餘對象的數據準備或其餘資源的繁瑣計算，則可使用原型模式直接克隆；
• 當須要一個對象的大量公共信息，少許字段進行個性化設置的時候，也可使用原型模式拷貝出現有對象的副本進行加工處理。

淺拷貝

拷貝有淺拷貝與深拷貝之分，淺拷貝會複製值類型的字段，但對於引用類型則只複製引用，至關於原型與副本仍然共用同一個引用類型，因此淺拷貝是不完全的。
而深拷貝則與之相反，深拷貝會開闢一塊另外的內存區域，把原型包括值類型和引用類型都逐位複製過去。

在C#中其實有內置的原型模式支持，object類型自帶的MemberwiseClone方法實現的是淺拷貝，還有ICloneable接口，在實現這個接口時能夠自行決定拷貝的深度。

基於淺拷貝實現的原型模式：

public interface IProtoType
{
    IProtoType Clone();
    string Name { get; set; }
}
public class ConcretePrototype : IProtoType
{
    public string Name { get; set; }

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

深拷貝

深拷貝是把引用目標地址的內容逐個bit地複製一份，看起來簡單，但實現起來並不容易，由於成員多是引用類型，並且可能存在引用類型的嵌套，最正規的方法是經過反射不斷深刻嵌套結構的內部，相似對樹的遍歷，碰到引用類型，就從新new一個。還有一種比較取巧的方法是利用二進制、Json、XML等序列化、反序列化來實現。但序列化方式的性能不好，若是拷貝的次數較多，這個劣勢會更加明顯。
二進制序列化方式相比其餘兩種更加靈活，能夠經過NonSerializedAttribute設置序列化時忽略的屬性。
經過二進制序列化來拷貝：

[Serializable]
public class DeepClone : IProtoType
{
    [NonSerialized]
    public List<string> Users = new List<string>();
    public string Name { get; set; }

    public IProtoType Clone()
    {
        string graph = SerializeHelper.BinarySerialize(this);
        return SerializeHelper.BinaryDeSerialize<IProtoType>(graph);
    }
}

//序列化工具類
public class SerializeHelper
{
    public static string BinarySerialize(object graph)
    {
        using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream())
        {
            IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
            formatter.Serialize(memoryStream, graph);
            Byte[] arrGraph = memoryStream.ToArray();
            return Convert.ToBase64String(arrGraph);
        }
    }


    public static T BinaryDeSerialize<T>(string graph)
    {
        Byte[] arrGraph = Convert.FromBase64String(graph);
        using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream(arrGraph))
        {
            IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
            return (T)formatter.Deserialize(memoryStream);
        }
    }
}

用Initialize方法修改初始化狀態

有些時候，客戶程序須要的不單單是千篇一概的副本，還要求副本的某些屬性具備不一樣的狀態，以前原型模式的適用場景也提到過當須要一個對象的大量公共信息，少許字段進行個性化設置的時候，面對這種需求，若是想要增長几個Clone方法的重載，就會破壞設計模式封裝變化的初衷，若是後續還有其餘的初始化需求，增長更多的重載方法是不現實的。
《設計模式：可複用面向對象軟件的基礎》對此有一個建議，就是增長一個名爲Initialize()的操做，把不穩定性轉嫁到這個方法上。在C#還能夠藉助params類型特性，支持可變參數。
調用端在Clone操做以後，再調用Initialize方法，並把指定的初始化參數傳入以設定對象的內部狀態。

參考書籍：
王翔著 《設計模式——基於C#的工程化實現及擴展》