JohnConnor设计模式笔记(二) 程序世界里的复印机-原型模式与浅复制/深复制

-从这篇开始首先会分析的是设计模式中5个创建型模型的一些学习心得，文章最后会附上目录与进度表，希望大家多多支持多多推荐。

　　在没有复印机的时代，如果是你跑去西天取经，你觉得佛祖会让你直接把经书拉回家么，咱没金蝉子那么大的面子么....

　　必然的结果就是抄书。你抄个十年八载的拉回大唐，原手抄版得保留作为典籍，但为了弘扬大乘佛法，就又得抄书，抄个几十万册然后分发给各大寺院。

　　在程序猿眼中，佛祖的经书就是一个对象，抄书就相当与 new 了一个新的对象，然后把经书中的内容填充到新的对象中。

　　想想看，我们每抄一本书，就相当与把书中的内容完完整整的读了一遍，无法忽略细节来创建一个对象，也就是说经书的构造函数执行的时间很长，每次都new的话效率实在太低了。

　　并且如果你不小心将"自古以来，黄岩岛都是中国的固有领土"，抄成“自古以来，菲律宾都是中国的固有领土”<开个玩笑>，那整个大唐都会这么认为了。

　　那么多书要改起来，还不得改到猴年马月去了，那时候又没有微博，让你公开道个歉。不过我是支持这么干的，干嘛道歉呢啧啧。。把日本也纳入其中我都木意见。

一，原型模式　　

　　为了解决类似于这种从一个对象再创建<克隆>另外一个可定制的对象，而不需要知道任何创建的细节的问题，人类世界发明了印刷术和更高级的复印机。

　　而我们的原型模式就是程序世界中的复印机。

　　我们来具体的看下原型模式(Prototype)的实现:

　　


　　这个图是原型模型的UML类图，在设计模式中会常用类图来图解其结构。<如对UML类图有疑惑，请移步该系列的第一篇来了解UML类图:传送门>

　　基本原型模式的代码

/// <summary>
/// 原型抽象类
/// </summary>
public abstract class Prototype
{
public string Text { get; set; }
public abstract Prototype Clone();//抽象类关键就是有这样一个Clone方法
}
/// <summary>
/// 具体的原型类 经书
/// </summary>
public  class Book : Prototype
{
public override Prototype Clone()
{
return (Prototype)this.MemberwiseClone();//创建当前对象的浅表副本。
}
}

　　

　　MemberwiseClone()方法是创建一个新对象，然后将当前对象的非静态字段复制到该新对象。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的对象，因此，原始对象及副本引用同一个对象。

　　这里就引出了深复制与浅复制的问题，这个在稍后探讨。

　　这样我们就不必一个一个的抄书了:

static void Main(string[] args)
{
Book original = new Book { Text = "抄死你不偿命的经文" };
Book copy1 = new Book { Text = original.Text };//抄完你已经快往生了....
Book copy2 = (Book)original.Clone();//克隆一下就可以了
Console.WriteLine("copy2.Text is {0}", copy2.Text);
}

　　

　　通过克隆<现实中可能是刻板印刷>，我们可以不清楚经书的内容，就可以得到一个原件的副本，当我们需要了解它的时候，再去了解它。

　　这就是上文提到过的原型模式的意义，一般在初始化的信息不发生变化的情况下，克隆是最好的办法，这既隐藏了对象创建的细节，又大大的提高了性能。

　　对于.NET来说，原型模式非常好实现，在System命名空间中提高了ICloneable接口，其中只有唯一的一个方法Clone()。

　　这样我们只需要实现这个接口就可以完成原型模式了，原型抽象类Prototyoe已经不需要了:

　　.NET实现原型模式:

　　

public class Book : ICloneable
{
public string Text { get; set; }
public Object Clone()
{
return (Object)this.MemberwiseClone();
}
}

　　

　　方法调用方式于上述例子无异。

　　好了，原型模式就介绍到这。现在我们回过头来看看之前说的深复制和浅复制的问题。

二，深复制与浅复制

　　前文已经介绍过MemberwiseClone()方法是创建浅表副本，对于对象字段为引用类型的，只复制引用，而不复制引用的对象。我们来改一下Book类:

　　

public class Book : ICloneable
{
public string Text { get; set; }
public Version Version { get; set; }
public Object Clone()
{
return (Object)this.MemberwiseClone();
}
public void ShowVersion()
{
Console.WriteLine("Version {0} Author is {1}",Version.Num,Version.Author);
}
}
public class Version
{
public int Num { get; set; }
public string Author { get; set; }
}

　　

　　这种情况下，Book类中就有引用类型的属性Version了。那么在克隆过程中会发生什么事情呢？

static void Main(string[] args)
{
Book original = new Book { Text = "抄死你不偿命的经文", Version = new Version { Num = 0, Author = "如来" } };
Book copy1 = (Book)original.Clone();
Book copy2 = (Book)original.Clone();
Book copy3 = (Book)original.Clone();
copy1.Version.Author = "孙猴子";
copy2.Version.Author = "猪八戒";
copy3.Version.Author = "JohnConnor";
copy1.Version.Num = 1;
copy2.Version.Num = 2;
copy3.Version.Num = 3;
copy1.ShowVersion();
copy2.ShowVersion();
copy3.ShowVersion();
Console.ReadKey();
}

　　

　　结果并不像我们所想的，每个版本的作者分别为猴子，八戒，和我。

　　


　　三个版本信息引用的都是最后一次的设置，这是因为上文所述的，只复制引用，而不复制引用的对象，克隆的过程中并没有创建对对象，现在三个引用都指向了同一个Version对象。

　　这就叫做浅复制，被复制的对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，但所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象。

　　但这很明显会有问题，比如上述问题，我们需要copy1，copy2，copy3中的Version引用指向不同的对象，才不会出现修改一个全都改变的结果。

　　这种叫做深复制，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。

三，深复制的实现

　　以上述抄经为例，代码结构图

　　

public class Book : ICloneable
{
public string Text { get; set; }
private Version version;
public Version Version
{
get { return version;}
set { this.version = (Version)value.Clone(); }//Version的Set方法中使用Clone的对象，这样就创建了新的Version对象
}
public Object Clone()//实现Clone方法，对新对象的相关字段赋值，返回一个深赋值的Book对象
{
Book obj = new Book();
obj.Text = this.Text;
obj.Version = this.Version;
return obj;
}
public void ShowVersion()
{
Console.WriteLine("Version {0} Author is {1}", Version.Num, Version.Author);
}
}
public class Version : ICloneable
{
public int Num { get; set; }
public string Author { get; set; }
public Object Clone()//实现Clone方法
{
return (Object)this.MemberwiseClone();
}
}

　　这样我们再执行控制台程序输出克隆结果:

　　


　　这次三个结果各不相同了把。

　　不过要注意，我们这里只有一层引用，如果深复制深入的层数过多或出现循环引用就比较麻烦，需要格外的小心。

　　深复制和浅复制涉及的场合还是比较多的，比如数据集对象DataSet，它就有两个方法Clone()和Copy(),Clone()用来复制其结构，但不复制数据，实现了原型模式的浅复制。

　　Copy()方法在复制结构的基础上，也复制数据，即原型模式的深复制。

　　

　　最后补充一点

copy1.Text = "波若波罗蜜";
Console.WriteLine(original.Text);
Console.ReadKey();

　　

　　大家觉得这句会输出什么呢？按照上述的理论，Text是string-引用类型，那所有的对象的Text应该引用的是同一个string对象，改一个就全改了。

　　然而这个担心是不必要的，输入会是最开始如来写下的"抄死你不偿命的经文"。

　　这里可能有人要跳出来说，string不就是引用类型么，为什么在不需要特殊处理就能完成深复制？

　　因为对string对象本身进行赋值的过程是，创建新的string对象来存储新值，返回新对象的引用。这是C# string类型的一个特点。

　　<若对string有任何疑问的，或是引用类型和值类型不太了解的，我之前有一篇文章深入内存探讨这个问题，点击传送门进入>

　　----------------------------------------------End--------------------------------------------------

　　JohnConnor设计模式笔记系列 目录

　　JohnConnor设计模式笔记(一) 学习设计模式之前你必须掌握的－看懂UML类图

　　JohnConnor设计模式笔记(二) 程序世界里的复印机-原型模式与浅复制/深复制

　　未完待续......