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无废话C#设计模式之五:Prototype

http://www.webjx.com  更新日期:2007-10-22 16:33  出处:博客园  作者:LoveCherry

  本系列文章将向大家介绍一下C#的设计模式,此为第五篇文章,相信对大家会有所帮助的。废话不多说,继续来看。

  意图

  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。

  场景

  游戏场景中的有很多相似的敌人,它们的技能都一样,但是随着敌人出现的位置不同,这些人的能力不太一样。假设,我们现在需要把三个步兵组成一队,其中还有一个精英步兵,能力特别高。那么,你或许可以创建一个敌人抽象类,然后对于不同能力的步兵创建不同的子类。然后,使用工厂方法等设计模式让调用方依赖敌人抽象类。

  问题来了,如果有无数种能力不同步兵,难道需要创建无数子类吗?还有,步兵模型的初始化工作是非常耗时的,创建这么多步兵对象可能还会浪费很多时间。我们是不是可以通过只创建一个步兵原型,然后复制出多个一摸一样的步兵呢?复制后,只需要调整一下这些对象在地图上出现的位置,或者调整一下它们的能力即可。原型模式就是用来解决这个问题的。

  示例代码

  using System;
  using System.Threading;
  using System.Collections.Generic;
  using System.IO;
  using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;
  using System.Diagnostics;
  namespace PrototypeExample
  {
  class Program
  {
  static void Main(string[] args)
  {
  Stopwatch sw = new Stopwatch();
  sw.Start();
  Enemy enemyPrototype = new FootMan(5, 4, new Location(100, 200));
  GameScene gs = new GameScene();
  List enemyGroup = gs.CreateEnemyGroup(enemyPrototype);
  foreach (FootMan ft in enemyGroup)
  {
  ft.ShowInfo();
  ft.FootmanAttack();
  }
  Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
  }
  }
  class GameScene
  {
  public List CreateEnemyGroup(Enemy enemyPrototype)
  {
  List enemyGroup = new List();
  Enemy e1 = enemyPrototype.Clone(true);
  e1.Location.x = enemyPrototype.Location.x - 10;
  Enemy e2 = enemyPrototype.Clone(true);
  e2.Location.x = enemyPrototype.Location.x + 10;
  Enemy elite = enemyPrototype.Clone(true);
  elite.Power = enemyPrototype.Power * 2;
  elite.Speed = enemyPrototype.Speed * 2;
  elite.Location.x = enemyPrototype.Location.x;
  elite.Location.y = enemyPrototype.Location.y + 10;
  enemyGroup.Add(e1);
  enemyGroup.Add(e2);
  enemyGroup.Add(elite);
  return enemyGroup;
  }
  }
  [Serializable]
  class Location
  {
  public int x;
  public int y;
  public Location(int x, int y)
  {
  this.x = x;
  this.y = y;
  }
  }
  [Serializable]
  abstract class Enemy
  {
  protected Location location;
  public Location Location
  {
  get { return location; }
  set { location = value; }
  }
  protected int power;
  public int Power
  {
  get { return power; }
  set { power = value; }
  }
  protected int speed;
  public int Speed
  {
  get { return speed; }
  set { speed = value; }
  }
  public abstract Enemy Clone(bool isDeepCopy);
  public abstract void ShowInfo();
  public Enemy(int power, int speed, Location location)
  {
  Thread.Sleep(1000); // Construct method is assumed to be a high calc work.
  this.power = power;
  this.speed = speed;
  this.location = location;
  }
  }
  [Serializable]
  class FootMan : Enemy
  {
  private string model;
  public FootMan(int power, int speed, Location location)
  : base(power, speed, location)
  {
  model = "footman";
  }
  public override void ShowInfo()
  {
  Console.WriteLine("model:{0} power:{1} speed:{2} location:({3},{4})", model, power, speed, location.x, location.y);
  }
  public override Enemy Clone(bool isDeepCopy)
  {
  FootMan footman;
  if (isDeepCopy)
  {
  MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();
  BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
  formatter.Serialize(memoryStream, this);
  memoryStream.Position = 0;
  footman = (FootMan)formatter.Deserialize(memoryStream);
  }
  else
  footman = (FootMan)this.MemberwiseClone();
  return footman;
  }
  public void FootmanAttack()
  {
  Console.WriteLine("FootmanAttack");
  }
  }
  }

  代码执行结果如下图:

  代码说明

  Enemy类是抽象原型,它有两个用途,一是定义了原型的一些抽象内容,二是定义了原型模式必须的拷贝方法。在这里,我们看到,每个敌人的属性有位置、攻击力、速度等,并且能通过ShowInfo()方法来获取这个人的信息。

  FootMan类就是具体原型了,它显示了敌人的具体参数以及实现了克隆自身。

  GameScene类就是调用方,在这里我们并没有看到有和具体原因进行依赖,通过复制传入的克隆原型,得到一些新的敌人,在原型的基础上稍微调整一下就变成了一支敌人部队。

  原型模式通过对原型进行克隆来替代无数子类,因此也就减少了调用方和具体类型产生依赖的程序。

  Clone()方法接受一个参数,表示是否是深拷贝。在这里,我们通过序列化反序列化实现深拷贝,深拷贝实现对象的完整复制,包括对象内部的引用类型都会复制一份全新的。在这里,如果3个敌人对象的Location都指向内存同一个地址的话,那么它们就分不开了,因此,在复制的时候需要进行深拷贝,使得它们的Location是独立的。

  在初始化Enemy的时候,我们Sleep()了一下,目的是模拟对象的创建是一个非常耗时的工作,这也体现了原型模式的另一个优势,在生成敌人的时候,我们其实无需再做这些工作了,我们只需要得到它的完整数据,并且进行一些修改就是一个新的敌人。

  运行程序后可以看到,虽然创建了三个敌人,但是只耗费了一个敌人的创建时间,三个敌人都是从原型克隆出来的。由于进行了深拷贝,修改了一个敌人的位置并不会影响其它敌人。

  何时采用

  从代码角度来说, 如果你希望运行时指定具体类(比如是使用Footman作为敌人还是使用其它),或者你希望避免创建对象时的初始化过程(如果这个过程占用的时间和资源都非常多),或者是希望避免使用工厂方法来实现多态的时候,可以考虑原型模式。

  从应用角度来说, 如果你创建的对象是多变化、多等级的产品,或者产品的创建过程非常耗时的时候(比如,有一定的计算量,或者对象创建时需要从网络或数据库中获取一定的数据),或者想把产品的创建独立出去,不想了解产品创建细节的时候可以考虑使用。不得不说,原型模式给了我们多一种创建对象,并且不依赖具体对象的选择。

  实现要点

  .NET中使用Object的MemberwiseClone()方法来实现浅拷贝,通过序列化和反序列化实现深拷贝,后者代价比较大,选择何时的拷贝方式。

  原型模式同样需要抽象类型和具体类型,通过相对稳定的抽象类型来减少或避免客户端的修改可能性。

  在代码中,我们把敌人作为了抽象类型,抽象层次很高。完全可以把步兵作为抽象类型,下面有普通步兵,手榴弹步兵等等,再有一个坦克作为抽象类型,下面还有普通坦克和防导弹坦克。这样GameScene可能就需要从两种抽象类型克隆出许多步兵和坦克。不管怎么样抽象,只要是对象类型由原型实例所指定,新对象通过原型实例做拷贝,那么这就是原型模式。

  注意事项

  注意选择深拷贝和浅拷贝。

  拷贝原型并进行修改意味着原型需要公开更多的数据,对已有系统实现原型模式可能修改的代价比较大。

关键词:C#,设计,模式
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