設計模式-原型模式（Prototype）【重點：淺複製與深複製】

時間 2020-05-08

原文原文鏈接

講故事

最近重溫了一下星爺的《唐伯虎點秋香》，依然讓我捧腹不已，幻想着要是我也能有一名秋香如此的侍女，夫復何求呀，帶着這個美好的幻想沉沉睡去...git

忽然想到，我是一名程序猿呀，想要什麼對象不是易如反掌嗎，New一個唄，不光是秋香，春、夏、冬都要，身材要超A的，百度好三圍（82, 54, 86），開幹...app

Coding

Beauty類，包含美人的屬性函數

public class Beauty
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            //模擬產生一名美人的時長
            Thread.Sleep(3000);
        }

        /// <summary>
        /// 名稱
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 才藝
        /// </summary>
        public string Talent { get; set; }

        /// <summary>
        /// 胸圍
        /// </summary>
        public int Bust { get; set; }

        /// <summary>
        /// 腰圍
        /// </summary>
        public int TheWaist { get; set; }

        /// <summary>
        /// 臀圍
        /// </summary>
        public int Hipline { get; set; }

        /// <summary>
        /// 起名
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        public void SetName(string name)
        {
            Name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 設置才藝
        /// </summary>
        /// <param name="talent"></param>
        public void SetTalent(string talent)
        {
            Talent = talent;
        }
    }

客戶端生產美女性能

internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            var sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            var beauty1 = new Beauty(82, 54, 86);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第一名美人耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty1.SetName("秋香");
            beauty1.SetTalent("彈琴");

            sw.Restart();
            var beauty2 = new Beauty(82, 54, 86);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第二名美人耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty2.SetName("春香");
            beauty2.SetTalent("畫畫");

            sw.Restart();
            var beauty3 = new Beauty(82, 54, 86);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第三名美人耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty3.SetName("夏香");
            beauty3.SetTalent("舞蹈");

            Show(beauty1);
            Show(beauty2);
            Show(beauty3);

            Console.WriteLine("\nHappy Ending~");
            Console.ReadLine();
        }

        public static void Show(Beauty beauty)
        {
            Console.WriteLine($"我是 {beauty.Name},身材[{beauty.Bust}-{beauty.TheWaist}-{beauty.Hipline}],個人才藝是 {beauty.Talent}");
        }
    }

結果展現：this

生產第一名美女耗時：3008/ms

生產第二名美女耗時：3001/ms

生產第三名美女耗時：3000/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],個人才藝是 彈琴
我是 春香,身材[82-54-86],個人才藝是 畫畫
我是 夏香,身材[82-54-86],個人才藝是 舞蹈

個人美人產生了，但就是每次都是經過New建立，設置的標準身材（82-54-86）不變但每次都要設置，並且每次耗時都很長，要是再生產更多，豈不勞累又耗時...pwa

正在苦惱之時，忽然靈感乍現，可使用原型模式(Prototype)解決呀code

Code Upgrade

原型模式 用原型實例指定建立對象的種類，而且經過拷貝這些原型建立新的對象對象

其實就是從一個對象再建立另外一個可定製的對象，並且不須要知道任何建立的細節接口

.NET在System命名空間中提供了ICloneable接口，其中只有一個方法Clone(),實現這個接口就能夠完成原型模式了。ip

開始改造：

Beauty實現ICloneable接口

public class Beauty : ICloneable
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            //模擬產生一名美人的時長
            Thread.Sleep(3000);
        }

        /// <summary>
        /// 名稱
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 才藝
        /// </summary>
        public string Talent { get; set; }

        /// <summary>
        /// 胸圍
        /// </summary>
        public int Bust { get; set; }

        /// <summary>
        /// 腰圍
        /// </summary>
        public int TheWaist { get; set; }

        /// <summary>
        /// 臀圍
        /// </summary>
        public int Hipline { get; set; }

        /// <summary>
        /// 起名
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        public void SetName(string name)
        {
            Name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 設置才藝
        /// </summary>
        /// <param name="talent"></param>
        public void SetTalent(string talent)
        {
            Talent = talent;
        }

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

客戶端生產時，除第一個調用new()外，其餘使用Clone()方法建立

internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            var sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            var beauty1 = new Beauty(82, 54, 86);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第一名美女耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty1.SetName("秋香");
            beauty1.SetTalent("彈琴");

            sw.Restart();
            var beauty2 = (Beauty)beauty1.Clone();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第二名美女耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty2.SetName("春香");
            beauty2.SetTalent("畫畫");

            sw.Restart();
            var beauty3 = (Beauty)beauty1.Clone();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第三名美女耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty3.SetName("夏香");
            beauty3.SetTalent("舞蹈");

            Show(beauty1);
            Show(beauty2);
            Show(beauty3);

            Console.WriteLine("\nHappy Ending~");
            Console.ReadLine();
        }

        public static void Show(Beauty beauty)
        {
            Console.WriteLine($"我是 {beauty.Name},身材[{beauty.Bust}-{beauty.TheWaist}-{beauty.Hipline}],個人才藝是 {beauty.Talent}");
        }
    }

結果展現：

生產第一名美女耗時：3009/ms

生產第二名美女耗時：0/ms

生產第三名美女耗時：0/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],個人才藝是 彈琴
我是 春香,身材[82-54-86],個人才藝是 畫畫
我是 夏香,身材[82-54-86],個人才藝是 舞蹈

咱們能夠看到，除了第一個建立耗時之外，其餘Clone出來的對象基本不耗時，並且不用重複設置固定屬性（三圍）（通常在初始化的信息不發生變化的狀況下，克隆是最好的方法，既隱藏了對象建立的細節，又對性能大大的提升），我心甚歡...

因而想着對美人的才藝進行升級

Talent類，對才藝描述，增長才藝段位

public class Talent
    {
        /// <summary>
        /// 才藝名
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 段位
        /// </summary>
        public int Level { get; set; }

Beauty類改造

public class Beauty : ICloneable
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            Talent = new Talent();
            //模擬產生一名美人的時長
            Thread.Sleep(3000);
        }

        /// <summary>
        /// 名稱
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 才藝
        /// </summary>
        public Talent Talent { get; set; }

        /// <summary>
        /// 胸圍
        /// </summary>
        public int Bust { get; set; }

        /// <summary>
        /// 腰圍
        /// </summary>
        public int TheWaist { get; set; }

        /// <summary>
        /// 臀圍
        /// </summary>
        public int Hipline { get; set; }

        /// <summary>
        /// 起名
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        public void SetName(string name)
        {
            Name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 設置才藝
        /// </summary>
        /// <param name="talent"></param>
        public void SetTalent(string name, int level)
        {
            Talent.Name = name;
            Talent.Level = level;
        }

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

客戶端設置才藝段位：

internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            var sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            var beauty1 = new Beauty(82, 54, 86);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第一名美女耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty1.SetName("秋香");
            beauty1.SetTalent("彈琴", 10);

            sw.Restart();
            var beauty2 = (Beauty)beauty1.Clone();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第二名美女耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty2.SetName("春香");
            beauty2.SetTalent("畫畫", 9);

            sw.Restart();
            var beauty3 = (Beauty)beauty1.Clone();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生產第三名美女耗時：{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty3.SetName("夏香");
            beauty3.SetTalent("舞蹈", 8);

            Show(beauty1);
            Show(beauty2);
            Show(beauty3);

            Console.WriteLine("\nHappy Ending~");
            Console.ReadLine();
        }

        public static void Show(Beauty beauty)
        {
            Console.WriteLine($"我是 {beauty.Name},身材[{beauty.Bust}-{beauty.TheWaist}-{beauty.Hipline}],個人才藝是 {beauty.Talent.Name} 段位 {beauty.Talent.Level}");
        }
    }

結果展現:

生產第一名美女耗時：3022/ms

生產第二名美女耗時：0/ms

生產第三名美女耗時：0/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],個人才藝是 舞蹈 段位 8
我是 春香,身材[82-54-86],個人才藝是 舞蹈 段位 8
我是 夏香,身材[82-54-86],個人才藝是 舞蹈 段位 8

看到結果我懵了，什麼狀況，我明明把才藝設置的不同，怎麼三個最後都是 [舞蹈段位 8] ？？？

良久平息以後，才明白致使上面結果的緣由，也將是本文的重點：淺複製與深複製

淺複製與深複製

淺複製：複製獲得的對象的全部變量都包含有與原來的對象相同的值，而全部的對其餘對象的引用都仍然指向原來的對象。

MemberwiseClone()方法就是淺複製，若是字段是值類型的，則對該字段執行逐位複製，若是字段是引用類型，則複製引用但不復制引用對象，所以原始對象及其複本引用同一對象。

這就是上面，三個美人的才藝最後都變成同樣的緣由，才藝Talent是一個引用類型，複製三份的是Talent的引用，都指向同一個Talent對象

深複製：把引用對象的變量指向複製過的新對象，而不是原有的被引用的對象。

解決上面的問題，咱們就要用深複製，要對Talent複製一個新對象，而不是一個引用。（'美人'引用了'才藝'，假如'才藝'裏還有引用，不少層，就涉及到深複製要深刻多少層的問題，須要事先考慮好，並且要小心出現循環引用的問題，本次案例咱們就深刻到第一層就能夠了）

上代碼：

Talent類，實現ICloneable接口

public class Talent : ICloneable
    {
        /// <summary>
        /// 才藝名
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 段位
        /// </summary>
        public int Level { get; set; }

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

Beauty類，增長私有構造函數，以便克隆「才藝」的克隆數據

public class Beauty : ICloneable
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            Talent = new Talent();
            //模擬產生一名美人的時長
            Thread.Sleep(3000);
        }

        private Beauty(Talent talent)
        {
            this.Talent = (Talent)talent.Clone();
        }

        /// <summary>
        /// 名稱
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 才藝
        /// </summary>
        public Talent Talent { get; set; }

        /// <summary>
        /// 胸圍
        /// </summary>
        public int Bust { get; set; }

        /// <summary>
        /// 腰圍
        /// </summary>
        public int TheWaist { get; set; }

        /// <summary>
        /// 臀圍
        /// </summary>
        public int Hipline { get; set; }

        /// <summary>
        /// 起名
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        public void SetName(string name)
        {
            Name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 設置才藝
        /// </summary>
        /// <param name="talent"></param>
        public void SetTalent(string name, int level)
        {
            Talent.Name = name;
            Talent.Level = level;
        }

        public object Clone()
        {
            //調用私有構造方法，讓「才藝」克隆完成，而後再給這個 「美人」 對象的相關字段賦值，
            //最終返回一個深複製的 「美人」 對象
            var beauty = new Beauty(Talent)
            {
                Bust = this.Bust,
                TheWaist = this.TheWaist,
                Hipline = this.Hipline
            };
            return beauty;
        }
    }

客戶端通之前同樣，展現結果：

生產第一名美女耗時：3008/ms

生產第二名美女耗時：0/ms

生產第三名美女耗時：0/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],個人才藝是 彈琴 段位 10
我是 春香,身材[82-54-86],個人才藝是 畫畫 段位 9
我是 夏香,身材[82-54-86],個人才藝是 舞蹈 段位 8

看到結果，我心甚喜。忽然屋內彩虹環繞，三位美人出如今我面前，婀娜妖嬈，不對，怎麼少了個人冬香，爬向鍵盤...

叮鈴鈴，叮鈴鈴...鬧鈴響了

握艹，我要續夢~

源碼地址： https://gitee.com/sayook/DesignMode/tree/master/Prototype