C# 中的原型设计模式

关于原型设计模式？

GoF 定义的原型设计模式，通过一个原型实例来确定应创建的对象的类型，并通过复制该原型来生成其他对象。

在 C# 中，原型设计模式是一种创建型模式，用于通过复制已有的对象或原型来创建对象。当创建对象的成本很高或其复杂性高于复制现有对象时，此模式尤其有用。

简单来说，原型设计模式允许我们从一个已有的类对象创建副本或新对象。换句话说，它通过克隆原始对象及其数据来创建新对象。

我们对新克隆的项所做的任何修改都不会影响原始对象。

示例

在 C# 中，当我们尝试使用赋值运算符 (=) 将一个对象复制到另一个对象时，两个对象共享相同的内存地址。这是因为赋值运算符 (=) 复制的是引用而不是对象，除非存在值类型字段。为了更好地理解，请看附图。

上图说明我们有一个名为 employee 的类，它有两个属性：Name 和 Department。接下来，我们将当前的 employee 对象（即 emp1）赋值给一个新的 employee 实例（即 emp2）。

因此，请记住，赋值运算符 (=) 应仅用于按引用传递。下面是完整的代码示例。

C# 中的对象克隆是什么？

当我们讨论 C# 对象克隆时，我们指的是按值传递。因此，修改一个对象不会影响另一个对象。让我们研究一下如何将一个对象复制到另一个对象。C# 中一种称为 MemberwiseClone 的技术可用于实现此目的；它会创建一个新对象，并完整复制该对象，并分配不同的内存。请看下图以更好地理解。

如上图所示，我们在 employee 类中创建了一个名为 GetClone 的方法。在该过程中，我们使用 MemberwiseClone 函数返回一个克隆对象。然后使用 GetClone 函数来构建第二个实例，该函数生成 emp1 对象的一个全新、完整克隆。由于此时两个对象（即 emp1 和 emp2）是独立的，因此我们对其中一个对象所做的任何更改都不会影响另一个对象。

请注意，使用 MemberwiseClone() 函数时，对象是浅拷贝。如果你的对象包含其他对象，并且你想要深拷贝（即使是内部对象也被复制），那么你需要向 Clone() 函数添加额外的逻辑。

关于 C# MemberwiseClone 方法需要牢记的重要事项

• MemberwiseClone 函数包含在 System.Object 类中，并生成对给定对象的粗略副本。
• 如果字段是值类型，复制过程将按位复制字段。
• 现在我们对对象克隆有了更好的理解，让我们学习如何在 C# 中使用它来应用原型设计模式。

C# 中原型设计模式的用例

当创建的对象必须与现有对象相似，或者克隆对象比使用普通构造函数更有效地创建对象时，原型模式就派上用场了。此模式通常用于创建新类实例对性能有重大影响的情况，例如加载模板。

理解 C# 中原型设计模式的实际示例

正如我们所讨论的，为了提高应用程序的效率，我们在 C# 中使用原型设计模式来从现有对象创建副本或克隆对象。这表明，在创建昂贵或复杂的对象时，我们必须使用原型设计模式。

例如，在花费了数据库活动成本后，您可能需要创建一个对象。然后，如果我们将对象缓存起来，在后续请求时返回其克隆，并在需要时更新数据库，就可以减少我们应用程序和数据库之间的数据库连接。因此，性能将得到提高。

让我们继续并逐步在 C# 中实现原型设计模式。实现原型设计模式后，我们将查看 UML 图，并将示例与 UML（或类）图进行比较。因此，请将以下代码复制并粘贴到您刚刚创建的 employee.cs 类文件中。

因此，创建一个名为 Permanentemployee.cs 的类文件，并将以下代码插入其中。我们在 GetClone 函数中创建了创建当前对象浅拷贝的逻辑。

接下来，将以下代码复制并粘贴到名为 Temporaryemployee.cs 的类文件中。如您所见，该类实现了 employee 抽象类以及两个抽象方法。我们在 GetClone 函数中创建了创建当前对象浅拷贝的逻辑。

有必要在客户端代码中验证 Clone 方法是否按预期工作。在我们的示例中，Programme 类的主函数只做了客户端的工作。因此，请对 Programme 类的 Main 方法进行以下修改。

原型设计模式 UML（类）图

在审查了 C# 中的原型设计模式实现后，让我们尝试实现相应的 UML（统一建模语言）或类图。为了更好地理解，请参考附图，它显示了原型布局设计的不同组件。

为了帮助您理解原型设计模式的各个组成部分，我包含了一个 UML 图和我们的示例之间的比较。

让我们详细检查原型设计模式的每个部分

• 将作为原型的接口或抽象类，用于各种可被复制的对象类型。
• 客户端 (Client): 请求原型复制自身以创建新对象的类称为客户端。

原型模式的优点

• 避免昂贵的创建： 这在创建新对象比复制旧对象成本更高或更复杂的情况下很有用。
• 捕获复杂性： 原型捕获了制造产品的复杂性和细节。

何时使用？

C# 中的原型设计模式在以下场景中特别有用：

• 昂贵的对象创建： 您已经有一个与所需对象相似的对象，因此创建类需要时间和资源。
• 避免子类化： 当您需要创建与现有对象相似的对象，但又想避免子类化层次结构的麻烦时。
• 动态系统配置： 如果您需要一个动态系统，可以在运行时通过复制预定义的原型来创建新的对象类型，那么这就是要使用的配置。
• 保留初始状态： 在需要记录和保存对象状态以便以后复制或恢复的情况下。
• 最小化数据库调用： 在检索对象状态需要大量数据库操作的情况下，原型可以通过复制先前加载的对象来最小化数据库调用。
• 复杂的对象克隆： 原型模式提供了一种简单的方法来深拷贝或克隆复杂的对象，特别是当这些对象包含复杂的结构或循环引用时。
• 对象填充： 当需要大量相同的对象时，复制原型比从头开始更有效。

浅拷贝与深拷贝

浅拷贝： 在 C# 中，使用 MemberwiseClone 方法进行浅拷贝。它将对象字段的值传输到新对象。

深拷贝： 深克隆的过程包括复制字段引用的对象。

虽然深拷贝涉及不仅复制对象本身，还复制其引用的所有对象，而浅拷贝则创建了一个新对象。原型设计模式是 C# 开发工具箱中一个有用的工具，可以有效地处理对象创建，并保持代码的可伸缩性和灵活性。

结论

总而言之，C# 原型设计模式提供了一种灵活的方法，通过复制现有对象来创建新对象。它抽象了对象创建过程，使得无需依赖构造函数或初始化逻辑即可轻松创建新对象。通过在应用程序中实现原型模式，您可以重用现有对象并通过克隆节省对象创建操作的成本。

通过将客户端代码与要实例化的具体类分离，此技术还可以提高代码的灵活性和可维护性。如果您正在使用 C# 实现原型设计模式，请考虑深拷贝还是浅拷贝更适合您的用例。