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设计模式-原型模式(Prototype)【重点:浅复制与深复制】

讲故事

最近重温了一下星爷的《唐伯虎点秋香》,依然让我捧腹不已,幻想着要是我也能有一名秋香如此的侍女,夫复何求呀,带着这个美好的幻想沉沉睡去…

突然想到,我是一名程序猿呀,想要什么对象不是易如反掌吗,New一个呗,不光是秋香,春、夏、冬都要,身材要超A的,百度好三围(82, 54, 86),开干…

Coding

Beauty类,包含美人的属性

    public class Beauty
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            //模拟产生一名美人的时长
            Thread.Sleep(3000);
        }

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

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

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

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

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

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

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

客户端生产美女

    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($"生产第一名美人耗时:{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty1.SetName("秋香");
            beauty1.SetTalent("弹琴");

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

            sw.Restart();
            var beauty3 = new Beauty(82, 54, 86);
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生产第三名美人耗时:{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}],我的才艺是 {beauty.Talent}");
        }
    }

结果展示:

生产第一名美女耗时:3008/ms

生产第二名美女耗时:3001/ms

生产第三名美女耗时:3000/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],我的才艺是 弹琴
我是 春香,身材[82-54-86],我的才艺是 画画
我是 夏香,身材[82-54-86],我的才艺是 舞蹈

我的美人产生了,但就是每次都是通过New创建,设置的标准身材(82-54-86)不变但每次都要设置,而且每次耗时都很长,要是再生产更多,岂不劳累又耗时…

正在苦恼之时,突然灵感乍现,可以使用原型模式(Prototype)解决呀

Code Upgrade

原型模式 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

其实就是从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

.NETSystem命名空间中提供了ICloneable接口,其中只有一个方法Clone(),实现这个接口就可以完成原型模式了。

开始改造:

Beauty实现ICloneable接口

    public class Beauty : ICloneable
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            //模拟产生一名美人的时长
            Thread.Sleep(3000);
        }

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

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

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

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

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

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

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

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

客户端生产时,除第一个调用new()外,其他使用Clone()方法创建

    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($"生产第一名美女耗时:{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty1.SetName("秋香");
            beauty1.SetTalent("弹琴");

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

            sw.Restart();
            var beauty3 = (Beauty)beauty1.Clone();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生产第三名美女耗时:{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}],我的才艺是 {beauty.Talent}");
        }
    }

结果展示:

生产第一名美女耗时:3009/ms

生产第二名美女耗时:0/ms

生产第三名美女耗时:0/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],我的才艺是 弹琴
我是 春香,身材[82-54-86],我的才艺是 画画
我是 夏香,身材[82-54-86],我的才艺是 舞蹈

我们可以看到,除了第一个创建耗时以外,其他Clone出来的对象基本不耗时,而且不用重复设置固定属性(三围)(一般在初始化的信息不发生变化的情况下,克隆是最好的方法,既隐藏了对象创建的细节,又对性能大大的提高),我心甚欢…

于是想着对美人的才艺进行升级

Talent类,对才艺描述,增加才艺段位

    public class Talent
    {
        /// <summary>
        /// 才艺名
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

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

Beauty类改造

    public class Beauty : ICloneable
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            Talent = new Talent();
            //模拟产生一名美人的时长
            Thread.Sleep(3000);
        }

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

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

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

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

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

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

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

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

客户端设置才艺段位:

    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($"生产第一名美女耗时:{sw.ElapsedMilliseconds}/ms\n");
            beauty1.SetName("秋香");
            beauty1.SetTalent("弹琴", 10);

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

            sw.Restart();
            var beauty3 = (Beauty)beauty1.Clone();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine($"生产第三名美女耗时:{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}],我的才艺是 {beauty.Talent.Name} 段位 {beauty.Talent.Level}");
        }
    }

结果展示:

生产第一名美女耗时:3022/ms

生产第二名美女耗时:0/ms

生产第三名美女耗时:0/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],我的才艺是 舞蹈 段位 8
我是 春香,身材[82-54-86],我的才艺是 舞蹈 段位 8
我是 夏香,身材[82-54-86],我的才艺是 舞蹈 段位 8

看到结果我懵了,什么情况,我明明把才艺设置的不一样,怎么三个最后都是 [舞蹈 段位 8] ???

良久平息之后,才明白导致上面结果的原因,也将是本文的重点:浅复制与深复制

浅复制与深复制

浅复制:复制得到的对象的所有变量都包含有与原来的对象相同的值,而所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象。

MemberwiseClone()方法就是浅复制,如果字段是值类型的,则对该字段执行逐位复制,如果字段是引用类型,则复制引用但不复制引用对象,因此原始对象及其复本引用同一对象。

这就是上面,三个美人的才艺最后都变成一样的原因,才艺Talent是一个引用类型,复制三份的是Talent的引用,都指向同一个Talent对象

深复制:把引用对象的变量指向复制过的新对象,而不是原有的被引用的对象。

解决上面的问题,我们就要用深复制,要对Talent复制一个新对象,而不是一个引用。(’美人’引用了’才艺’,假如’才艺’里还有 引用,很多层,就涉及到深复制要深入多少层的问题,需要事先考虑好,而且要当心出现循环引用的问题,本次案例我们就深入到第一层就可以了)

上代码:

Talent类,实现ICloneable接口

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

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

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

Beauty类,增加私有构造函数,以便克隆“才艺”的克隆数据

    public class Beauty : ICloneable
    {
        public Beauty(int bust, int theWaist, int hipline)
        {
            Bust = bust;
            TheWaist = theWaist;
            Hipline = hipline;
            Talent = new Talent();
            //模拟产生一名美人的时长
            Thread.Sleep(3000);
        }

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

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

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

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

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

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

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

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

        public object Clone()
        {
            //调用私有构造方法,让“才艺”克隆完成,然后再给这个 “美人” 对象的相关字段赋值,
            //最终返回一个深复制的 “美人” 对象
            var beauty = new Beauty(Talent)
            {
                Bust = this.Bust,
                TheWaist = this.TheWaist,
                Hipline = this.Hipline
            };
            return beauty;
        }
    }

客户端通以前一样,展示结果:

生产第一名美女耗时:3008/ms

生产第二名美女耗时:0/ms

生产第三名美女耗时:0/ms

我是 秋香,身材[82-54-86],我的才艺是 弹琴 段位 10
我是 春香,身材[82-54-86],我的才艺是 画画 段位 9
我是 夏香,身材[82-54-86],我的才艺是 舞蹈 段位 8

看到结果,我心甚喜。突然屋内彩虹环绕,三位美人出现在我面前,婀娜妖娆,不对,怎么少了我的冬香,爬向键盘…

叮铃铃,叮铃铃…闹铃响了

握艹,我要续梦~

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