一、 原型（Prototype）模式

原型模式的用意是：通過(guò)給出一個(gè)原型對(duì)象來(lái)指明所要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象類型，然后用復(fù)制這個(gè)原型對(duì)象的辦法創(chuàng)建出更多的同類型對(duì)象。

從孫大圣的手段談起

孫悟空在與黃風(fēng)怪的戰(zhàn)斗中，"使一個(gè)身外身的手段：把毫毛揪下一把，用口嚼得粉碎，望上一噴，叫聲‘變‘，變有百十個(gè)行者，都是一樣得打扮，各執(zhí)一根鐵棒，把那怪圍在空中。"換而言之，孫悟空可以根據(jù)自己的形象，復(fù)制出很多"身外身"來(lái)。

老孫這種身外身的手段在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)領(lǐng)域里叫原型（Prototype）模式。

C#對(duì)原型模式的支持

在C#里面，我們可以很容易的通過(guò)Clone()方法實(shí)現(xiàn)原型模式。任何類，只要想支持克隆，必須實(shí)現(xiàn)C#中的ICloneable接口。 ICloneable接口中有一Clone方法，可以在類中復(fù)寫實(shí)現(xiàn)自定義的克隆方法?？寺〉膶?shí)現(xiàn)方法有兩種：淺拷貝（shallow copy）與深拷貝（deep copy）。

（以下摘自：《.NET框架程序設(shè)計(jì)（修訂版）》，李建忠譯）淺拷貝是指當(dāng)對(duì)象的字段值被拷貝時(shí)，字段引用的對(duì)象不會(huì)被拷貝。例如，如果一個(gè)對(duì)象有 一個(gè)指向字符串的字段，并且我們對(duì)該對(duì)象做了一個(gè)淺拷貝，那么兩個(gè)對(duì)象將引用同一個(gè)字符串。而深拷貝是對(duì)對(duì)象實(shí)例中字段引用的對(duì)象也進(jìn)行拷貝的一種方式， 所以如果一個(gè)對(duì)象有一個(gè)指向字符串的字段，并且我們對(duì)該對(duì)象做了一個(gè)深拷貝的話，我們將創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象和一個(gè)新的字符串--新對(duì)象將引用新字符串。需要 注意的是執(zhí)行深拷貝后，原來(lái)的對(duì)象和新創(chuàng)建的對(duì)象不會(huì)共享任何東西；改變一個(gè)對(duì)象對(duì)另外一個(gè)對(duì)象沒(méi)有任何影響。

二、 Prototype模式的結(jié)構(gòu)：

客戶（Client）角色：客戶類提出創(chuàng)建對(duì)象的請(qǐng)求。
抽象原型（Prototype）角色：這是一個(gè)抽象角色，通常由一個(gè)C#接口或抽象類實(shí)現(xiàn)。此角色給出所有的具體原型類所需的接口。在C#中，抽象原型角色通常實(shí)現(xiàn)了ICloneable接口。
具體原型（Concrete Prototype）角色：被復(fù)制的對(duì)象。此角色需要實(shí)現(xiàn)抽象原型角色所要求的接口。

三、 程序舉例：

下面的程序給出了一個(gè)示意性的實(shí)現(xiàn)：

// Prototype pattern -- Structural example  
using System;

// "Prototype"
abstract class Prototype
{
  // Fields
  private string id;

  // Constructors
  public Prototype( string id )
  {
    this.id = id;
  }

  public string Id
  {
    get{ return id; }
  }

  // Methods
  abstract public Prototype Clone();
}

// "ConcretePrototype1"
class ConcretePrototype1 : Prototype
{
  // Constructors
  public ConcretePrototype1( string id ) : base ( id ) {}

  // Methods
  override public Prototype Clone()
  {
    // Shallow copy
    return (Prototype)this.MemberwiseClone();
  }
}

// "ConcretePrototype2"
class ConcretePrototype2 : Prototype
{
  // Constructors
  public ConcretePrototype2( string id ) : base ( id ) {}

  // Methods
  override public Prototype Clone()
  {
    // Shallow copy
    return (Prototype)this.MemberwiseClone();
  }
}

/**//// 

/// Client test
/// 
class Client
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create two instances and clone each
    ConcretePrototype1 p1 = new ConcretePrototype1( "I" );
    ConcretePrototype1 c1 = (ConcretePrototype1)p1.Clone();
    Console.WriteLine( "Cloned: {0}", c1.Id );

    ConcretePrototype2 p2 = new ConcretePrototype2( "II" );
    ConcretePrototype2 c2 = (ConcretePrototype2)p2.Clone();
    Console.WriteLine( "Cloned: {0}", c2.Id );
  }
}

這個(gè)例子實(shí)現(xiàn)了一個(gè)淺拷貝。其中MemberwiseClone()方法是Object類的一個(gè)受保護(hù)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象的淺拷貝。如果希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)深拷貝，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)ICloneable接口，并自己編寫ICloneable的Clone接口方法。

四、 帶Prototype Manager的原型模式

原型模式的第二種形式是帶原型管理器的原型模式，其UML圖如下：

客戶（Client）角色：客戶端類向原型管理器提出創(chuàng)建對(duì)象的請(qǐng)求。
抽象原型（Prototype）角色：這是一個(gè)抽象角色，通常由一個(gè)C#接口或抽象類實(shí)現(xiàn)。此角色給出所有的具體原型類所需的接口。在C#中，抽象原型角色通常實(shí)現(xiàn)了ICloneable接口。
具體原型（Concrete Prototype）角色：被復(fù)制的對(duì)象。此角色需要實(shí)現(xiàn)抽象的原型角色所要求的接口。
原型管理器（Prototype Manager）角色：創(chuàng)建具體原型類的對(duì)象，并記錄每一個(gè)被創(chuàng)建的對(duì)象。

下面這個(gè)例子演示了在原型管理器中存儲(chǔ)用戶預(yù)先定義的顏色原型，客戶通過(guò)原型管理器克隆顏色對(duì)象。

// Prototype pattern -- Real World example  
using System;
using System.Collections;

// "Prototype"
abstract class ColorPrototype
{
  // Methods
  public abstract ColorPrototype Clone();
}

// "ConcretePrototype"
class Color : ColorPrototype
{
  // Fields
  private int red, green, blue;

  // Constructors
  public Color( int red, int green, int blue)
  {
    this.red = red;
    this.green = green;
    this.blue = blue;
  }

  // Methods
  public override ColorPrototype Clone()
  {
    // Creates a ‘shallow copy‘
    return (ColorPrototype) this.MemberwiseClone();
  }

  public void Display()
  {
    Console.WriteLine( "RGB values are: {0},{1},{2}",
      red, green, blue );
  }
}

// Prototype manager
class ColorManager
{
  // Fields
  Hashtable colors = new Hashtable();

  // Indexers
  public ColorPrototype this[ string name ]
  {
    get{ return (ColorPrototype)colors[ name ]; }
    set{ colors.Add( name, value ); }
  }
}

/**//// 

///  PrototypeApp test
/// 
class PrototypeApp
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    ColorManager colormanager = new ColorManager();

    // Initialize with standard colors
    colormanager[ "red" ] = new Color( 255, 0, 0 );
    colormanager[ "green" ] = new Color( 0, 255, 0 );
    colormanager[ "blue" ] = new Color( 0, 0, 255 );

    // User adds personalized colors
    colormanager[ "angry" ] = new Color( 255, 54, 0 );
    colormanager[ "peace" ] = new Color( 128, 211, 128 );
    colormanager[ "flame" ] = new Color( 211, 34, 20 );

    // User uses selected colors
    string colorName = "red";
    Color c1 = (Color)colormanager[ colorName ].Clone();
    c1.Display();

    colorName = "peace";
    Color c2 = (Color)colormanager[ colorName ].Clone();
    c2.Display();

    colorName = "flame";
    Color c3 = (Color)colormanager[ colorName ].Clone();
    c3.Display();
  }
}

五、 淺拷貝與深拷貝

下面給出淺拷貝與深拷貝的兩個(gè)例子，例子使用了ICloneable接口。C#中的數(shù)組是引用型的變量，我們通過(guò)數(shù)組來(lái)進(jìn)行演示：

淺拷貝：

using System;

class ShallowCopy : ICloneable
{
  public int[] v = {1,2,3};

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

  public void Display()
  {
    foreach(int i in v)
      Console.Write( i + ", ");
    Console.WriteLine();
  }
}

class Client
{
  public static void Main()
  {
    ShallowCopy sc1 = new ShallowCopy();
    ShallowCopy sc2 = (ShallowCopy)sc1.Clone();
    sc1.v[0] = 9;

    sc1.Display();
    sc2.Display();
  }
}

ShallowCopy對(duì)象實(shí)現(xiàn)了一個(gè)淺拷貝，因此當(dāng)對(duì)sc1進(jìn)行克隆時(shí)，其字段v并沒(méi)有克隆，這導(dǎo)致sc1與sc2的字段v都指向了同一個(gè)v，因此，當(dāng)修改了sc1的v[0]后，sc2的v[0]也發(fā)生了變化。

深拷貝：

using System;

class DeepCopy : ICloneable
{
  public int[] v = {1,2,3};

  // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
  public DeepCopy()
  {
  }

  // 供Clone方法調(diào)用的私有構(gòu)造函數(shù)
  private DeepCopy(int[] v)
  {
    this.v = (int[])v.Clone();
  }

  public Object Clone()
  {
    // 構(gòu)造一個(gè)新的DeepCopy對(duì)象，構(gòu)造參數(shù)為
    // 原有對(duì)象中使用的 v 
    return new DeepCopy(this.v);
  }

  public void Display()
  {
    foreach(int i in v)
      Console.Write( i + ", ");
    Console.WriteLine();
  }
}

class Client
{
  public static void Main()
  {
    DeepCopy dc1 = new DeepCopy();
    DeepCopy dc2 = (DeepCopy)dc1.Clone();
    dc1.v[0] = 9;

    dc1.Display();
    dc2.Display();
  }
}

這次在克隆的時(shí)候，不但克隆對(duì)象本身，連里面的數(shù)組字段一并克隆。因此，最終打印出來(lái)的dc1與dc2不同。

六、 Prototype模式的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

Prototype模式的優(yōu)點(diǎn)包括

1、Prototype模式允許動(dòng)態(tài)增加或減少產(chǎn)品類。由于創(chuàng)建產(chǎn)品類實(shí)例的方法是產(chǎn)批類內(nèi)部具有的，因此增加新產(chǎn)品對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。

2、Prototype模式提供了簡(jiǎn)化的創(chuàng)建結(jié)構(gòu)。工廠方法模式常常需要有一個(gè)與產(chǎn)品類等級(jí)結(jié)構(gòu)相同的等級(jí)結(jié)構(gòu)，而Prototype模式就不需要這樣。

3、Portotype模式具有給一個(gè)應(yīng)用軟件動(dòng)態(tài)加載新功能的能力。由于Prototype的獨(dú)立性較高，可以很容易動(dòng)態(tài)加載新功能而不影響老系統(tǒng)。

4、產(chǎn)品類不需要非得有任何事先確定的等級(jí)結(jié)構(gòu)，因?yàn)镻rototype模式適用于任何的等級(jí)結(jié)構(gòu)。

Prototype模式的缺點(diǎn)：

Prototype模式的最主要缺點(diǎn)就是每一個(gè)類必須配備一個(gè)克隆方法。而且這個(gè)克隆方法需要對(duì)類的功能進(jìn)行通盤考慮，這對(duì)全新的類來(lái)說(shuō)不是很難，但對(duì)已有的類進(jìn)行改造時(shí)，不一定是件容易的事。