引言
在軟件開發過程中，我們習慣使用new來創建對象。但是當我們創建一個實例的過程很昂貴或者很復雜，並且需要創建多個這樣的類的實例時。如果仍然用new操作符去創建這樣的類的實例，會導致內存中多分配一個一樣的類實例對象，增加創建類的復雜度和消耗更多的內存空間。
如果采用簡單工廠模式來創建這樣的系統。隨着產品類增加，子類數量不斷增加，會增加額外系統復雜程度，為此我們不得不引入原型模式了。
概念
原型模式（Prototype Pattern）是一種創建型設計模式， 使你能夠復制對象， 甚至是復雜對象， 而又無需使代碼依賴它們所屬的類。
通過復制一個已經存在的實例來創建一個新的實例，而且不需知道任何創建的細節。被復制的實例被稱為原型，這個原型是可定制的。
所有的原型類都必須有一個通用的接口， 使得即使在對象所屬的具體類未知的情況下也能復制對象。 原型對象可以生成自身的完整副本， 因為相同類的對象可以相互訪問對方的私有成員變量。
結構圖
原型模式下主要角色:
- 原型（Prototype）：聲明一個克隆自身的接口，該角色一般有抽象類(Prototype)、接口(ICloneable)兩種實現方式。
- 具體原型類（ConcretePrototype）：實現原型(抽象類或接口)的 Clone() 方法，它是可被復制的對象。
- 訪問類（Client）：使用具體原型類中的 Clone() 方法來復制新的對象。
實現
假如有一個測試用例模板，項目A正在使用，公司又引進一個項目B，項目B的測試用例模板自己重新寫一套肯定非常麻煩，那么可以使用項目A的用例模板，拿來改改就可以使用了。省卻了許多時間。
使用淺拷貝實現
淺拷貝：將原來對象中的所有字段逐個復制到一個新對象，如果字段是值類型，則簡單地復制一個副本到新對象，改變新對象的值類型字段不會影響原對象；如果字段是引用類型，則復制的是引用，改變目標對象中引用類型字段的值將會影響原對象。例如, 如果一個對象有一個指向引用類型（如測試用例的名稱）的字段, 並且我們對該對象做了一個淺復制, 那麽兩個對象將引用同一個引用（即同一個測試用例名稱）。
using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; namespace Prototype { class Program { static void Main(string[] args) { TestCase projectALoginCase = new TestCase { Id = 1001, ProjectName = "A項目", CreatTime = new DateTime(2020, 11, 19), }; projectALoginCase.SetTestCaseContent("登錄測試", "高", "打開登錄頁面並且登錄", "登錄成功"); TestCase projectBLoginCase = (TestCase)projectALoginCase.Clone(); projectBLoginCase.ProjectName = "B項目"; projectALoginCase.Show(); projectBLoginCase.Show(); Console.Read(); } } /// <summary> /// 實現了 ICloneable 接口 /// </summary> public class TestCase : ICloneable { public TestCase() { mTestCaseContent = new TestCaseContent(); } private int id; private string projectName; private DateTime creatTime; private TestCaseContent mTestCaseContent; public int Id { get { return id; } set { id = value; } } public string ProjectName { get { return projectName; } set { projectName = value; } } public DateTime CreatTime { get { return creatTime; } set { creatTime = value; } } public void Show() { Console.WriteLine($"Id:\t{this.Id}"); Console.WriteLine($"ProjectName:\t{this.ProjectName}"); Console.WriteLine($"CreatTime:\t{this.CreatTime}"); if (this.TestCaseContent != null) { this.TestCaseContent.show(); } Console.WriteLine("================================================="); } /// <summary> /// 關聯一個引用類型 /// </summary> public TestCaseContent TestCaseContent { get { return mTestCaseContent; } } public void SetTestCaseContent(string Name, string Level, string Step, string ExpectedResults) { this.mTestCaseContent.Name = Name; this.mTestCaseContent.Level = Level; this.mTestCaseContent.Step = Step; this.mTestCaseContent.ExpectedResults = ExpectedResults; } public object Clone() { // 淺拷貝對象的方法 return this.MemberwiseClone(); } } /// <summary> /// 測試用例內容類 /// </summary> public class TestCaseContent { public string Name { get; set; } public string Level { get; set; } public string Step { get; set; } public string ExpectedResults { get; set; } public void show() { Console.WriteLine($"Name:\t{this.Name}"); Console.WriteLine($"Level:\t{this.Level}"); Console.WriteLine($"Step:\t{this.Step}"); Console.WriteLine($"ExpectedResults:\t{this.ExpectedResults}"); } } }
運行后結果
Id: 1001 ProjectName: A項目 CreatTime: 11/19/2020 12:00:00 AM Name: 登錄測試 Level: 高 Step: 打開登錄頁面並且登錄 ExpectedResults: 登錄成功 ================================================= Id: 1001 ProjectName: B項目 CreatTime: 11/19/2020 12:00:00 AM Name: 登錄測試 Level: 高 Step: 打開登錄頁面並且登錄 ExpectedResults: 登錄成功 =================================================
如果我們將拷貝后的項目B的測試用例的值進行重新設置，如下代碼：
static void Main(string[] args) { TestCase projectALoginCase = new TestCase { Id = 1001, ProjectName = "A項目", CreatTime = new DateTime(2020, 11, 19), }; projectALoginCase.SetTestCaseContent("登錄測試", "高", "打開登錄頁面並且登錄", "登錄成功"); TestCase projectBLoginCase = (TestCase)projectALoginCase.Clone(); projectBLoginCase.ProjectName = "B項目"; projectBLoginCase.SetTestCaseContent("B項目登錄測試", "級別高", "打開登錄頁面並且登錄", "登錄成功"); projectALoginCase.Show(); projectBLoginCase.Show(); Console.Read(); }
再次運行結果如下：
Id: 1001 ProjectName: A項目 CreatTime: 11/19/2020 12:00:00 AM Name: B項目登錄測試 Level: 級別高 Step: 打開登錄頁面並且登錄 ExpectedResults: 登錄成功 ================================================= Id: 1001 ProjectName: B項目 CreatTime: 11/19/2020 12:00:00 AM Name: B項目登錄測試 Level: 級別高 Step: 打開登錄頁面並且登錄 ExpectedResults: 登錄成功 =================================================
可以看的，通過淺拷貝后實際復制的是引用，改變目標對象中引用類型字段的值將會影響原對象。對於上面的實例顯然是不可取的。修改B項目的測試用例影響到了A項目，肯定是有問題的。
接下來介紹使用深拷貝進行實現。
使用深拷貝實現
深拷貝：與淺復制不同之處在於對引用類型的處理，深復制將新對象中引用類型字段指向復制過的新對象，改變新對象中引用的任何對象，不會影響到原來的對象中對應字段的內容。例如，如果一個對象有一個指向引用類型（如測試用例的名稱）的字段，並且對該對象做了一個深復制的話，將創建一個新的對象（即新的測試用例名稱）。
using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; namespace Prototype { class Program { static void Main(string[] args) { TestCase projectALoginCase = new TestCase { Id = 1001, ProjectName = "A項目", CreatTime = new DateTime(2020, 11, 19), }; projectALoginCase.SetTestCaseContent("登錄測試", "高", "打開登錄頁面並且登錄", "登錄成功"); TestCase projectBLoginCase = (TestCase)projectALoginCase.Clone(); projectBLoginCase.ProjectName = "B項目"; projectBLoginCase.SetTestCaseContent("B項目登錄測試", "級別高", "打開登錄頁面並且登錄", "登錄成功"); projectALoginCase.Show(); projectBLoginCase.Show(); Console.Read(); } } /// <summary> /// 實現了 ICloneable 接口 /// </summary> public class TestCase : ICloneable { public TestCase() { mTestCaseContent = new TestCaseContent(); } /// <summary> /// 使用私有構造函數對引用類型進行復制 /// </summary> /// <param name="testCaseContent"></param> private TestCase(TestCaseContent testCaseContent) { this.mTestCaseContent = (TestCaseContent)testCaseContent.Clone(); } private int id; private string projectName; private DateTime creatTime; private TestCaseContent mTestCaseContent; public int Id { get { return id; } set { id = value; } } public string ProjectName { get { return projectName; } set { projectName = value; } } public DateTime CreatTime { get { return creatTime; } set { creatTime = value; } } public void Show() { Console.WriteLine($"Id:\t{this.Id}"); Console.WriteLine($"ProjectName:\t{this.ProjectName}"); Console.WriteLine($"CreatTime:\t{this.CreatTime}"); if (this.mTestCaseContent != null) { this.mTestCaseContent.show(); } Console.WriteLine("================================================="); } /// <summary> /// 設置測試用例詳細內容 /// </summary> /// <param name="Name"></param> /// <param name="Level"></param> /// <param name="Step"></param> /// <param name="ExpectedResults"></param> public void SetTestCaseContent(string Name, string Level, string Step, string ExpectedResults) { this.mTestCaseContent.Name = Name; this.mTestCaseContent.Level = Level; this.mTestCaseContent.Step = Step; this.mTestCaseContent.ExpectedResults = ExpectedResults; } public object Clone() { // 創建一個全新的測試用例內容 TestCase newTestCase = new TestCase(this.mTestCaseContent); newTestCase.Id = this.Id; newTestCase.ProjectName = this.ProjectName; newTestCase.CreatTime = this.CreatTime; return newTestCase; } } /// <summary> /// 測試用例內容類 /// </summary> public class TestCaseContent:ICloneable { public string Name { get; set; } public string Level { get; set; } public string Step { get; set; } public string ExpectedResults { get; set; } public object Clone() { // 淺拷貝 return this.MemberwiseClone(); } public void show() { Console.WriteLine($"Name:\t{this.Name}"); Console.WriteLine($"Level:\t{this.Level}"); Console.WriteLine($"Step:\t{this.Step}"); Console.WriteLine($"ExpectedResults:\t{this.ExpectedResults}"); } } }
運行后結果:
Id: 1001 ProjectName: A項目 CreatTime: 11/19/2020 12:00:00 AM Name: 登錄測試 Level: 高 Step: 打開登錄頁面並且登錄 ExpectedResults: 登錄成功 ================================================= Id: 1001 ProjectName: B項目 CreatTime: 11/19/2020 12:00:00 AM Name: B項目登錄測試 Level: 級別高 Step: 打開登錄頁面並且登錄 ExpectedResults: 登錄成功 =================================================
從結果中可以看出，通過拷貝后A項目的測試用例還是A項目的，B項目的測試用例是B項目的。創建非常方便。
應用場景
原型模式通常適用於以下場景：
- 類初始化需要消化非常多的資源，這個資源包括數據、硬件資源等。
- 通過new產生一個對象需要非常繁瑣的數據准備或訪問權限，則可以使用原型模式。
- 一個對象需要提供給其他對象訪問，而且各個調用者可能都需要修改其值時，可以考慮使用原型模式拷貝多個對象供調用者使用。
- 在實際項目中，原型模式很少單獨出現，一般是和工廠模式一起出現，通過Clone方法創建一個對象，然后由工廠方法提供給調用者。
優缺點
優點：
- 原型模式向客戶隱藏了創建新實例的復雜性
- 原型模式允許動態增加或較少產品類。
- 原型模式簡化了實例的創建結構，工廠方法模式需要有一個與產品類等級結構相同的等級結構，而原型模式不需要這樣。
- 產品類不需要事先確定產品的等級結構，因為原型模式適用於任何的等級結構
缺點：
- 每個類必須配備一個克隆方法。
- 配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對於全新的類不是很難，但對於已有的類不一定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環結構的時候。