1-4设计模式之原型模式（Prototype）

作者

1.4.1 模式意图:

当实际开发中，需要在 运行期间 通过 已创建的实例，复制和自身一模一样(也可定制)的对象（类似于细胞分裂）。对于这种需求可以使用“原型模式”解决。

1.4.2 模式概念:

此模式属于创建型模式。用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

1.4.3 模式元素:

  • 原型类（Cell、LifeCycleLog等）
  • 复制接口（ICloneable）

1.4.4 代码示例:

A:基础示例

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using System;
using Custom.Log;
using System.Threading;

public class LifeCycleLog: ICloneable
{
    public string description;

    public object Clone()
    {
        return MemberwiseClone();
    }
}
public class Cell:ICloneable
{
    public int id;
    public string name;
    public LifeCycleLog lifeCycleLog;

    public Cell(int tempID,string tempName)
    {
        this.id = tempID;
        this.name = tempName;
        lifeCycleLog = new LifeCycleLog();
        Thread.Sleep(1000);
    }

    public object Clone()
    {
        Cell tempCell = new Cell(this.id, this.name);
        tempCell.lifeCycleLog.description = lifeCycleLog.description;
        return tempCell;
    }
    public void Log()
    {
        this.Log($"细胞ID：{id}，细胞名称：{name}，日志：{lifeCycleLog.description}");
    }
}

调用

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using Custom.Log;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
public class PrototypePatternComponent : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Task.Run(() => 
        {
            Cell Cell = new Cell(0, "编号00");
            Cell.lifeCycleLog.description = "生命周期日志00";
            Cell.Log();
            this.Log("【准备复制】");
            Thread.Sleep(500);

            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
               Cell tempCell =  (Cell)Cell.Clone();
                tempCell.Log();
            }
            this.Log("【复制完毕】");
        });
    }
}

打印日志

这样我们最粗糙的原型模式就算是完成了，是不感觉很简单呢。为什么说粗糙呢？因为还有更高效的拷贝方式。

B:优化示例
使用C#自带的MemberwiseClone函数。只需要继承ICloneable接口将原来的Clone函数稍加改动，速度即可快的飞起~

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

打印日志

MemberwiseClone函数对应的文档中我们可知道，这种复制属于浅拷贝，这时笔者需要引入两个概念，浅拷贝与深拷贝。

【浅拷贝】
如下图：通过浅拷贝创建一个新对象，然后将当前对象的非静态字段复制到新对象。如果字段是值类型，将执行字段的逐位复制; 对于引用类型，将复制引用,但不复制引用对象; 因此从原始对象复制的是值类型和引用类型的引用。在C＃和VB.NET中，浅层复制由对象MemberwiseClone()方法完成。

【深拷贝】
如下图：深拷贝创建一个新对象，然后将当前对象的非静态字段复制到新对象。如果字段是值类型将执行字段的逐位复制。如果字段是引用类型将执行引用对象的新副本。

C:浅拷贝示例

    void Start()
    {
        Cell cell = new Cell(0, "编号00");
        cell.lifeCycleLog.description = "生命周期日志00";

        Cell cell01 = (Cell)cell.Clone();
        cell01.id = 1;
        cell01.name = "编号01";
        cell01.lifeCycleLog.description = "改动后的生命周期日志";

        cell.Log();
        cell01.Log();
    }

打印信息

由示例可看出，笔者只更改了cell01中的lifeCycleLog的描述，但所有的描述都发生了更改，这是因为使用了浅拷贝的缘故。

D:深拷贝示例

    public object DeepClone()
    {
        Cell tempCell = (Cell)MemberwiseClone();
        tempCell.lifeCycleLog = (LifeCycleLog)this.lifeCycleLog.Clone();
        return tempCell;
    }

打印日志

需要深拷贝的话我们可以这么写,既保证了速度又进行了深度的拷贝。

当然深拷贝还有以下几种方式

E：String类型特例

不知道这回大家是否明白为什么会造成lifeCycleLog描述一致的原因呢？最初笔者曾认为浅拷贝是Cell cell01 = cell;这种形式的，现在看并没有那么“浅”。
但是也有人可能会问，string类型也是引用类型，而且stirng有特殊的享元模式，为什么没有一同改变呢？
这就要看下String类的注解：字符串是用于表示文本的字符的有序集合。 String对象是表示字符串 System.Char对象的有序集合。System.Char 对象对应于 UTF-16 代码单元。 String对象的值是 System.Char对象的顺序集合的内容，并且该值是不可变的（即它是只读的）。 有关字符串不可变性的详细信息，请参阅 "不可变性和 StringBuilder 类" 一节。 内存中 String对象的最大大小为2GB 或大约1000000000个字符。

1.4.5 写法对比:

略

1.4.6 模式分析:

  • 创建该类型的新实例而不调用任何构造函数，并从源对象复制每个实例字段值，避免构造函数的约束从而提高性能。
  • 必须实现 Cloneable 接口。
  • 需要注意深拷贝和复杂的引用类型（循环引用）。

1.4.7 应用场景:

  • 多用于创建复杂的或耗时的实例，因为在这种情况下，复制一个已经存在的实例可以使程序运行的更高效。
  • 创建值相等，只是命名不一样的同类数据。

1.4.8 小结:

  • 原型模式其实就是一个对象再创建另一个可定制的对象，而且不需要知道任何创建的细节。
  • 从已经存在的实例来返回新的实例,而不是新建实例。

如果大家在项目中的需求是从一个已有的实体，复制出多个一模一样的实体，且初始化比较耗时，原型模式是个不错的选择~

更多设计模式详见：设计模式全家桶

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