C#面向對象設計模式縱橫談 第6講:Prototype 原型模式

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2005.12.30 李建忠

依賴關系的倒置

抽象不應該依賴于實現細節,實現細節應該依賴于抽象。

-抽象A直接依賴于實現細節b(軟件易脆,很容易需要重新編譯)

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-抽象A依賴于抽象B,實現細節b依賴于抽象B

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動機(Motivation)

在軟件系統中,經常面臨著“某些結構復雜的對象”的創建工作;由于需求的變化,這些對象經常面臨著劇烈的變化,但是它們卻擁有比較穩定一致的接口。

如何應對這種變化?如何向“客戶程序(使用這些對象的程序)”隔離出“這些易變對象”,從而使得“依賴這些易變對象的客戶程序”不隨著需求改變而改變?

 

意圖(Intent)

使用原型實例指定創建對象的種類,然后通過拷貝這些原型來創建新的對象

——《設計模式》GoF

 

結構(Structure)

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例說Prototype應用

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上面的代碼,GameSystem依賴于具體的new的對象,如果面臨對象變化,例如如果要增加一個新的角色,就要重新修改編譯了。對此,我們就可以用工廠方法來改變,但是,對于每一個類型都要寫一個工廠類,比較繁瑣。我們也可以用抽象工廠方法,創建一組對象。但這里我們選擇使用原型模式。

先把GameSystem里用到的類型換為抽象類型。

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再將需要new的具體對象用參數傳入,這樣在GameSystem這個客戶程序里面就只依賴于抽象而不依賴于具體了。具體的NormalActorA、FlyActorA等都不出現在GameSystem中。

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應用程序

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給抽象類增加Clone抽象方法

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給具體類實現Clone方法

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但有一點要注意,MemberwiseClone方法只是一種淺拷貝,它只能拷貝所有的值類型和String,如果是引用類型(例如數組),它就會只拷貝引用,而不會重新創建對象,例如對數組,就只會拷貝數組的地址。

如下圖,左邊是棧,右邊是堆,(.NET的類都是在堆上)

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如果想深拷貝,除了用笨辦法,還可以用序列化的方式來做。首先需要把類標記為可序列化,然后將類序列化到內存,再把內存中的類反序列化,反序列化得到的對象和原來的對象一定是深拷貝。

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在對于結構中的圖,可以對應為:Client就是GameSystem,Operation方法就是Run。Prototype抽象類就對應NormalActor,ConcretePrototype即NormalActorA。

 

Prototype模式的幾個要點

Prototype模式同樣用于隔離類對象的使用者和具體類型(易變類)之間的耦合關系,它同樣要求這些“易變類”擁有“穩定的接口”。

Prototype模式對于“如何創建易變類的實體對象”(創建型模式除了Singleton模式以外,都是用于解決創建易變類的實體對象的問題的)采用“原型克隆”的方法來做,它使得我們可以非常靈活地動態創建“擁有某些穩定接口”的新對象——所需工作僅僅是注冊一個新類的對象(即原型),然后在任何需要的地方不斷地Clone。

Prototype模式中的Clone方法可以利用.NET中的Object類的MemberwiseClone()方法或者序列化來實現深拷貝。

 

有關創建型模式的討論

Singleton模式解決的是實體對象個數的問題。除了Singleton之外,其他創建型模式解決的都是new所帶來的耦合關系。

Factory Method,Abstract Factory,Builder都需要一個額外的工廠類來負責實例化“易變對象”,而Prototype則是通過原型(一個特殊的工廠類)來克隆“易變對象”。(其實原型就是一個特殊的工廠類,它只是把工廠和實體對象耦合在一起了

如果遇到“易變類”,起初的設計通常從Factory Method開始,當遇到更多的復雜變化時,再考慮重構為其他三種工廠模式(Abstract Factory,Builder,Prototype)。

 

一般來說,如果可以使用Factory Method,那么一定可以使用Prototype。但是Prototype的使用情況一般是在類比較容易克隆的條件之上,如果是每個類實現比較簡單,都可以只用實現MemberwiseClone,沒有引用類型的深拷貝,那么就更適合了。Prototype如果要實現深拷貝,還需要在每個要克隆的類上加序列化標簽,這點復雜度要考慮進程序中。

2010.9.28


MSDN 網絡廣播 李建忠 2013-08-22 08:44:05

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