概述

原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它通过复制现有的实例来创建新的对象，而不是通过实例化类。原型模式允许一个对象在创建新的对象时，通过复制自身来实现。这种模式特别适用于创建复杂对象的场景，因为它可以避免重复初始化对象的开销。

结构

原型模式包含以下几个角色：

1. 原型（Prototype）：定义一个用于复制自身的接口。
2. 具体原型（ConcretePrototype）：实现原型接口，能够复制自身的具体类。
3. 客户端（Client）：通过调用原型对象的复制方法来创建新的对象。

示例代码

假设我们有一个应用程序需要创建不同类型的文档（如Word文档和PDF文档）。
代码地址

原型接口

public interface IDocument
{
    IDocument Clone();
    void Print();
}

具体原型

public class WordDocument : IDocument
{
    public string Content { get; set; }

    public IDocument Clone()
    {
        return (IDocument)this.MemberwiseClone();
    }

    public void Print()
    {
        Console.WriteLine($"Word Document Content: {Content}");
    }
}

public class PdfDocument : IDocument
{
    public string Content { get; set; }

    public IDocument Clone()
    {
        return (IDocument)this.MemberwiseClone();
    }

    public void Print()
    {
        Console.WriteLine($"PDF Document Content: {Content}");
    }
}

客户端代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建原型文档
        WordDocument wordDoc = new WordDocument { Content = "This is a Word document." };
        PdfDocument pdfDoc = new PdfDocument { Content = "This is a PDF document." };

        // 通过克隆创建新文档
        IDocument clonedWordDoc = wordDoc.Clone();
        IDocument clonedPdfDoc = pdfDoc.Clone();

        // 打印原型文档和克隆文档
        wordDoc.Print();
        clonedWordDoc.Print();
        pdfDoc.Print();
        clonedPdfDoc.Print();
    }
}

应用场景

原型模式适用于以下场景：

1. 当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时。
2. 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。
3. 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。
4. 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

优缺点

优点

• 减少初始化开销：通过复制现有的实例来创建新的对象，避免了重复初始化对象的开销。
• 简化对象创建：可以很容易地创建复杂对象的副本，而不需要知道具体的创建过程。

缺点

• 深拷贝和浅拷贝问题：在实现克隆方法时，需要注意对象的深拷贝和浅拷贝问题，可能会导致一些意想不到的副作用。
• 实现复杂性：对于包含复杂引用关系的对象，克隆方法的实现可能会比较复杂。