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C語言編程中使用設(shè)計(jì)模式中的原型模式的講解
一、引言
在軟件系統(tǒng)中，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例的過程很昂貴或很復(fù)雜，并且我們需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)這樣類的實(shí)例時(shí)，如果我們用new操作符去創(chuàng)建這樣的類實(shí)例，這未免會增加創(chuàng)建類的復(fù)雜度和耗費(fèi)更多的內(nèi)存空間，因?yàn)檫@樣在內(nèi)存中分配了多個(gè)一樣的類實(shí)例對象，然后如果采用工廠模式來創(chuàng)建這樣的系統(tǒng)的話，隨著產(chǎn)品類的不斷增加，導(dǎo)致子類的數(shù)量不斷增多，反而增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度，所以在這里使用工廠模式來封裝類創(chuàng)建過程并不合適，然而原型模式可以很好地解決這個(gè)問題，因?yàn)槊總�(gè)類實(shí)例都是相同的，當(dāng)我們需要多個(gè)相同的類實(shí)例時(shí)，沒必要每次都使用new運(yùn)算符去創(chuàng)建相同的類實(shí)例對象，此時(shí)我們一般思路就是想——只創(chuàng)建一個(gè)類實(shí)例對象，如果后面需要更多這樣的實(shí)例，可以通過對原來對象拷貝一份來完成創(chuàng)建，這樣在內(nèi)存中不需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)相同的類實(shí)例，從而減少內(nèi)存的消耗和達(dá)到類實(shí)例的復(fù)用。 然而這個(gè)思路正是原型模式的實(shí)現(xiàn)方式。下面就具體介紹下設(shè)計(jì)模式中的原型設(shè)計(jì)模式。
二、原型模式的詳細(xì)介紹
我們來看一個(gè)入學(xué)考試場景實(shí)例
基對象（一般為接口，抽象類）：考試題（樣卷）
原型模式的復(fù)職克隆：根據(jù)需要印刷考卷，這里的考卷都是復(fù)制考試題樣卷
客戶端：學(xué)生答卷，同一套試卷，學(xué)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(shè)計(jì)模式嗎 { get; set; } string 設(shè)計(jì)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(fù)制克隆：復(fù)印機(jī)
///
/// 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(shè)計(jì)模式嗎 { get { return this.one; } set { this.one = value; } } public string 設(shè)計(jì)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(dāng)前類 return (Itest)this.MemberwiseClone(); } #endregion }
客戶端，發(fā)卷做題
static void Main() { //印刷試卷 Itest test = new Test(); //復(fù)制樣本試卷 Itest test1 = test.Clone(); //考生1 test.設(shè)計(jì)模式有幾種 = "23"; test.附加題.你老婆多大 = "18"; //考生2 test1.設(shè)計(jì)模式有幾種 = "24"; test1.附加題.你老婆多大 = "20"; //顯示考生答卷內(nèi)容 Console.WriteLine("test設(shè)計(jì)模式有幾種:" + test.設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)模式有幾種:" + test1.設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)，而class屬于引用類型，拷貝之后，棧上重新分配啦一個(gè)指針，可指針卻指向同一個(gè)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(fù)制。
解決方案：
public Itest Clone() { //克隆當(dāng)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(shè)計(jì)模式嗎 { get; set; } string 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)模式嗎 { get { return this.one; } set { this.one = value; } } public string 設(shè)計(jì)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(yùn)用。介紹完原型模式的實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)中類之間的關(guān)系。具體類圖如下：
三、原型模式的優(yōu)缺點(diǎn)
原型模式的優(yōu)點(diǎn)有：
原型模式向客戶隱藏了創(chuàng)建新實(shí)例的復(fù)雜性
原型模式允許動態(tài)增加或較少產(chǎn)品類。
原型模式簡化了實(shí)例的創(chuàng)建結(jié)構(gòu)，工廠方法模式需要有一個(gè)與產(chǎn)品類等級結(jié)構(gòu)相同的等級結(jié)構(gòu)，而原型模式不需要這樣。
產(chǎn)品類不需要事先確定產(chǎn)品的等級結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵湍Ｊ竭m用于任何的等級結(jié)構(gòu)
原型模式的缺點(diǎn)有：
每個(gè)類必須配備一個(gè)克隆方法
配備克隆方法需要對類的功能進(jìn)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(dāng)一個(gè)類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環(huán)結(jié)構(gòu)的時(shí)候。
四、.NET中原型模式的實(shí)現(xiàn)
在.NET中可以很容易地通過實(shí)現(xiàn)ICloneable接口（這個(gè)接口就是原型，提供克隆方法，相當(dāng)于與上面代碼中MonkeyKingPrototype抽象類）中Clone()方法來實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)Clone方法。在.NET中實(shí)現(xiàn)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(jìn)行查看）：
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