原型模式 (Prototype Pattern)
原型模式 (Prototype Pattern) 是一种创建型设计模式,它允许通过复制现有的对象来创建新对象,而不是通过直接实例化类。这意味着你可以通过克隆原型对象来生成新的实例,而不必依赖类的构造函数。该模式的核心思想是,通过创建一个对象的副本(即原型)来避免昂贵的初始化操作。
在 C# 中,通常通过实现 ICloneable 接口或者自定义的克隆方法来实现原型模式。
定义一个原型接口或基类,用来提供克隆的方法(如 Clone)。
具体的类实现该接口,提供自己的克隆方法,该方法返回当前对象的深拷贝或浅拷贝。
客户端可以通过克隆原型对象来创建新对象,而无需知道如何构造对象。
拷贝的类型可以分为:
- 浅拷贝 (Shallow Copy):只复制对象的基本数据类型,对于引用类型的字段,只复制引用地址。
- 深拷贝 (Deep Copy):不仅复制对象的所有值,还递归地复制所有引用对象,创建独立的副本。
2、什么时候使用原型模式
- 需要频繁创建相似对象时:如果系统需要创建大量相似或结构复杂的对象时,通过克隆原型对象来生成新对象可以提高性能。
- 对象的创建代价高昂时:如果对象的初始化非常复杂,包含很多属性设置或涉及昂贵的资源操作(如网络连接、文件系统操作),使用原型模式避免了重复创建过程。
- 避免对象过多的子类化:当不希望为了创建新对象而引入更多的子类或扩展类时,原型模式可以避免通过继承创建不同类型对象的繁琐过程。
- 需要保存对象的历史状态或备份时:如果需要将某个对象的状态备份或在某个时刻进行复制(如撤销操作、快照功能),可以通过原型模式来克隆对象。
3、使用原型模式的好处
- 提高对象创建效率:对于某些对象的创建过程非常复杂或耗时时,通过克隆现有对象(即原型)可以避免重复的复杂初始化,节省时间和资源。
- 原型模式向客户隐藏了创建新实例的复杂性
- 原型模式允许动态增加或较少产品类。
- 原型模式简化了实例的创建结构,工厂方法模式需要有一个与产品类等级结构相同的等级结构,而原型模式不需要这样。
- 产品类不需要事先确定产品的等级结构,因为原型模式适用于任何的等级结构
4、使用原型模式的注意事项
克隆的深浅拷贝:对于引用类型字段,使用浅拷贝时需要特别小心,浅拷贝只复制引用,而不复制对象本身,可能导致两个对象共用同一份数据。若需要完全独立的对象,必须使用深拷贝。
复杂对象的克隆:当对象包含复杂的嵌套结构或其他依赖时,确保实现合适的深拷贝逻辑,否则可能会出现数据共享或数据覆盖问题。
性能考虑:尽管原型模式避免了对象的重复构造,但深拷贝可能引入较大的性能开销,特别是在对象嵌套复杂时。因此,在性能敏感的场景下要慎重考虑深拷贝的实现。
原型的可变性:当通过原型模式创建对象时,如果不慎修改了原型本身的状态,所有基于该原型创建的对象也可能受到影响。因此在设计时,需要确保原型对象的状态是安全的。
总之,原型模式 通过复制现有对象来生成新对象,避免了类构造的开销,特别适用于对象创建代价高昂或需要动态创建对象的场景。它提供了灵活的对象创建方式,减少了类的复杂性和耦合度。使用时需要根据具体需求选择浅拷贝或深拷贝,并确保对象的可复制性和独立性。
在 Unity 中使用 原型模式
在 Unity 中,原型模式可以应用于场景中需要频繁生成的对象,比如 3D 模型(如立方体、球体等)。通过原型模式,我们可以避免每次都从头实例化对象,而是通过复制现有的对象来创建新的实例。
我们将创建几个简单的原型模式应用
-
用于克隆 Unity 中的 3D 对象(立方体、球体等),并根据用户输入生成多个克隆对象。
步骤:
- 创建一个基类
ShapePrototype
,它提供克隆接口。- 创建不同的形状类,如立方体和球体,继承自
ShapePrototype
。- 使用原型模式通过克隆现有对象来创建新对象,而不是直接创建新对象。
1.定义基类 ShapePrototype
using UnityEngine;// 定义一个抽象的原型基类
public abstract class ShapePrototype : MonoBehaviour
{// 定义一个抽象的克隆方法public abstract ShapePrototype Clone();// 通用的显示形状信息的方法public abstract void DisplayInfo();
}
2.创建具体的形状类
2.1立方体类
using UnityEngine;public class Cube : ShapePrototype
{// 重写克隆方法public override ShapePrototype Clone(){// 实现浅拷贝,复制当前对象的属性GameObject clone = Instantiate(this.gameObject);return clone.GetComponent<ShapePrototype>();}public override void DisplayInfo(){Debug.Log("This is a Cube.");}
}
2.2球体类
using UnityEngine;public class Sphere : ShapePrototype
{// 重写克隆方法public override ShapePrototype Clone(){// 实现浅拷贝,复制当前对象的属性GameObject clone = Instantiate(this.gameObject);return clone.GetComponent<ShapePrototype>();}public override void DisplayInfo(){Debug.Log("This is a Sphere.");}
}
3.创建ShapeSpawner 负责克隆对象
using UnityEngine;public class ShapeSpawner : MonoBehaviour
{public ShapePrototype cubePrototype; // 立方体原型public ShapePrototype spherePrototype; // 球体原型private void Update(){// 按下 C 键克隆立方体if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C)){ShapePrototype cubeClone = cubePrototype.Clone();cubeClone.transform.position = new Vector3(Random.Range(-5, 5), 1, Random.Range(-5, 5));cubeClone.DisplayInfo();}// 按下 S 键克隆球体if (Input.GetKeyDown(KeyCode.S)){ShapePrototype sphereClone = spherePrototype.Clone();sphereClone.transform.position = new Vector3(Random.Range(-5, 5), 1, Random.Range(-5, 5));sphereClone.DisplayInfo();}}
}
4.设置场景中的原型对象
- 创建一个 Unity 场景,并添加一个空物体 ShapeSpawner,将上面的 ShapeSpawner 脚本挂载到该物体上。
- 在场景中创建一个立方体和一个球体,并将它们的 Cube 和 Sphere 脚本分别挂载到立方体和球体上。
- 在 ShapeSpawner 脚本的 cubePrototype 和 spherePrototype 变量中,分别拖拽场景中的立方体和球体作为原型对象。
5.输出查看结果
这种模式在 Unity 的游戏开发中非常适合用于生成大量相似对象(如敌人、物品、特效等)。
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克隆一个新对象,然后将当前对象非静态字段克隆到该新对象
1.定义基类 Prototype
public abstract class Prototype
{private string id;public Prototype(string id){this.id = id;}public string Id{get { return id; }}//抽象类关键有这样一个Clone方法public abstract Prototype Clone();
}
2.创建具体原型ConcretePrototypel类
class ConcretePrototypel : Prototype
{public ConcretePrototypel(string id) : base(id) { }public override Prototype Clone(){//创建一个新对象,然后将当前对象非静态字段复制到该新对象//如果字段是值类型,则逐位复制字段,引用类型只复制引用地址return (Prototype)this.MemberwiseClone();}
}
3.创建main脚本负责克隆对象
class Main : MonoBehaviour
{private void Start(){ConcretePrototypel pl = new ConcretePrototypel("I");ConcretePrototypel cl = (ConcretePrototypel)pl.Clone();Debug.Log("clone" + cl.Id);}
}
4.输出查看结果
由于克隆实在太常用,.Net在System命名空间提供了IClone接口,唯一的Clone()方法,只要实现这个接口就可以完成原型模式了。
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简历类,用于克隆 Unity 中的 个人信息
1.创建简历基础脚本
class Resume : ICloneable
{private string name;private string sex;private string age;private string timearea;private string company;public Resume(string name){this.name = name;}//设置个人信息public void SetPersonalInfo(string sex,string age){this.sex = sex;this.age = age;}//设置工作经历public void SetWorkExperrience(string timeArea,string company){this.timearea = timeArea;this.company = company;}//显示public void Display(){//实现接口方法,克隆对象Debug.Log(name + " " + sex + " " + age);Debug.Log(timearea + " " + company);}public object Clone(){return (object)this.MemberwiseClone();}
}
2.克隆新简历,并修改简历中的个人信息
class Main : MonoBehaviour
{private void Start(){Resume a = new Resume("DJ");a.SetPersonalInfo("男", "22");a.SetWorkExperrience("1995-2022", "DJDJ");//调用克隆方法就可以实现新简历,并且可以修改新简历细节Resume b = (Resume)a.Clone();b.SetPersonalInfo("nv", "20");Resume c = (Resume)a.Clone();c.SetWorkExperrience("1999-2222", "JJJJ");a.Display();b.Display(); c.Display();}
}
3.输出查看结果
现实设计当中,一般会再有一个“工作经历”类,当中有“时间区间”和“公司名称”等属性,“简历”类直接调用。
class Resume : ICloneable
{private string name;private string sex;private string age;private WorkExperience work;///引用“工作经历”对象public Resume(string name){this.name = name;work = new WorkExperience();//简历实例化同时实例化工作经历}public void SetPersonalInfo(string sex,string age){this.sex = sex;this.age = age;}public void SetWorkExperrience(string workDate,string company){work.WorkDate = workDate;//调用方法,给对象赋值work.Company = company;}public void Display(){Debug.Log(name + " " + sex + " " + age);Debug.Log(work.WorkDate + " " + work.Company);//显示工作经历属性值}public object Clone(){return (object)this.MemberwiseClone();}
}
class WorkExperience
{private string workDate;public string WorkDate{get { return workDate; }set { workDate = value; }}private string company;public string Company{get { return company; }set { company = value; }}
}
使用之前的客户端逻辑,输出查看结果
对于引用类型,克隆后没有实现真正的克隆,而是只克隆了引用地址,这叫做“浅复制”,被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值;而所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象。
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。
深复制流程:
1.首先修改WorkExperience类,增加克隆方法
class WorkExperience
{private string workDate;public string WorkDate{get { return workDate; }set { workDate = value; }}private string company;public string Company{get { return company; }set { company = value; }}public object Clone(){//工作经历类也实现克隆方法return (object)MemberwiseClone();}
}
2.然后修改简历类,新增构造函数,方便克隆工作经历类,再修改简历类的克隆方法
class Resume : ICloneable
{private string name;private string sex;private string age;private WorkExperience work;public Resume(string name){this.name = name;work = new WorkExperience();}//提供Clone方法调用的私有构造函数,以便克隆工作经历数据public Resume(WorkExperience work){this.work = (WorkExperience)work.Clone();}public void SetPersonalInfo(string sex,string age){this.sex = sex;this.age = age;}public void SetWorkExperrience(string workDate,string company){work.WorkDate = workDate;work.Company = company;}public void Display(){Debug.Log(name + " " + sex + " " + age);Debug.Log(work.WorkDate + " " + work.Company);}//调用私有构造方法,让工作经历克隆,然后再给新对象其他字段赋值//最终返回一个深复制的简历对象public object Clone(){Resume obj = new Resume(this.work);obj.name = this.name;obj.sex = this.sex; obj.age = this.age;return obj;}
}
3.输出查看结果
今天是2024年11月24日
重复一段毒鸡汤来勉励我和你
你的对手在看书
你的仇人在磨刀
你的闺蜜在减肥
隔壁的老王在练腰
而你在干嘛?