前言

嗨，早上好！

想象一下你正在制作蛋糕，如果每次都要從頭開始準備原材料并烘焙，那將會非常耗時。

但如果已經有了一個現成的蛋糕作為模板，只需要復制它并根據需要做些小改動，就能節省大量時間。

原型模式就像這個過程，讓我們可以快速地創建對象副本，同時保持靈活性和效率。

在 C# 中，實現原型模式非常輕松，來看看有哪些方式吧！

基本結構

1. Prototype 接口：定義克隆自身的接口。

2. ConcretePrototype 類：實現 Prototype 接口的具體類。

3. Client 類：使用 Prototype 接口來克隆具體對象。

傳統實現方式

// 1. 定義 Prototype 接口
public abstract class NormalActor
{
    public abstract NormalActor clone();
}

// 2. 實現 Prototype 接口的具體類
public class NormalActorA:NormalActor
{
    public override NormalActor clone()
    {
        Console.WriteLine("NormalActorA is call");
        return (NormalActor)this.MemberwiseClone();
    }
}

// 2. 實現 Prototype 接口的具體類
public class NormalActorB :NormalActor
{
    public override NormalActor clone()
    {
        Console.WriteLine("NormalActorB  was called");
        return (NormalActor)this.MemberwiseClone();
    }
}

// 3. Client 使用 
public class GameSystem
{
    public void Run(NormalActor normalActor)
    {
        NormalActor normalActor1 = normalActor.clone();
        NormalActor normalActor2 = normalActor.clone();
        NormalActor normalActor3 = normalActor.clone();
        NormalActor normalActor4 = normalActor.clone();
        NormalActor normalActor5 = normalActor.clone();
    }
}

GameSystem gameSystem = new GameSystem();
gameSystem.Run(new NormalActorA());

實現 ICloneable 接口方式

傳統實現方式需要自己定義 Prototype 接口，實際上，C# 已經幫我們定義了 Prototype 接口了，就是 ICloneable 接口，直接實現它就可以了：

// 1. 實現 Prototype 接口的具體類
public class Person : ICloneable
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
    public Address Address { get; set; } // 引用類型字段

    // 實現ICloneable接口的Clone方法
    public object Clone()
    {
        return this.MemberwiseClone(); // 使用Object的MemberwiseClone方法實現淺拷貝
    }

    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Name: {Name}, Age: {Age}, Address: {Address.Street}, {Address.City}");
    }
}

public class Address
{
    public string Street { get; set; }
    public string City { get; set; }
}

// 2. Client 使用
var originalPerson = new Person
{
    Name = "John Doe",
    Age = 30,
    Address = new Address { Street = "123 Main St", City = "New York" }
};

var clonedPerson = (Person)originalPerson.Clone();

// 修改克隆對象的屬性
clonedPerson.Name = "Jane Smith";
clonedPerson.Age = 25;
clonedPerson.Address.Street = "456 Oak Ave"; // 這會同時修改原始對象的Address

originalPerson.Display(); // 輸出: Name: John Doe, Age: 30, Address: 456 Oak Ave, New York
clonedPerson.Display();   // 輸出: Name: Jane Smith, Age: 25, Address: 456 Oak Ave, New York

深拷貝實現

以上的實現方式非常簡單，但有一個問題，就是實現的是淺拷貝，只能復制對象本身以及其中的值類型字段，對于引用類型字段，就只復制引用而不復制引用的對象，這樣一旦引用類型字段被修改了，就會影響到其它地方的使用，這在上面的例子中也可以感受到，所以需要創建一個完全獨立的副本，即深拷貝實現。

深拷貝的實現主要有兩種方法：

• 序列化/反序例化

• 手動復制所有字段（雖然比較笨，但對象字段比較少且比較固定時，也不失為一個好方法）

using System;
using System.Runtime.Serialization;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;
using System.IO;

[Serializable] // 需要標記為可序列化
public class Person : ICloneable
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
    public Address Address { get; set; }

    // 深拷貝實現
    public object Clone()
    {
        // 使用序列化和反序列化實現深拷貝
        using (var memoryStream = new MemoryStream())
        {
            var formatter = new BinaryFormatter();
            formatter.Serialize(memoryStream, this);
            memoryStream.Position = 0;
            return formatter.Deserialize(memoryStream);
        }
    }

    // 另一種深拷貝實現方式（手動復制所有字段）
    // public Person DeepCopy()
    // {
    //     var copy = (Person)this.MemberwiseClone();
    //     copy.Address = new Address
    //     {
    //         Street = this.Address.Street,
    //         City = this.Address.City
    //     };
    //     return copy;
    // }

    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Name: {Name}, Age: {Age}, Address: {Address.Street}, {Address.City}");
    }
}

[Serializable]
public class Address
{
    public string Street { get; set; }
    public string City { get; set; }
}

// 使用示例
var originalPerson = new Person
{
    Name = "John Doe",
    Age = 30,
    Address = new Address { Street = "123 Main St", City = "New York" }
};

// 使用序列化方式的深拷貝
var clonedPerson = (Person)originalPerson.Clone();

// 或者使用手動實現的深拷貝
// var clonedPerson = originalPerson.DeepCopy();

// 修改克隆對象的屬性
clonedPerson.Name = "Jane Smith";
clonedPerson.Age = 25;
clonedPerson.Address.Street = "456 Oak Ave"; // 不會影響原始對象

originalPerson.Display(); // 輸出: Name: John Doe, Age: 30, Address: 123 Main St, New York
clonedPerson.Display();   // 輸出: Name: Jane Smith, Age: 25, Address: 456 Oak Ave, New York

總結

相比于每次都創建新對象，利用原型模式復制現有對象通常更快。

在文檔編輯、緩存系統、配置管理和圖形用戶界面（GUI）開發等業務場景，原型模式都能發揮很大作用！

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