意圖
用原型實例指定創建對象的種類，並且通過拷貝這些原型創建新的對象。
場景
游戲場景中的有很多相似的敵人，它們的技能都一樣，但是隨著敵人出現的位置不同，這些人的能力不太一樣。假設，我們現在需要把三個步兵組成一隊，其中還有一個精英步兵，能力特別高。那麼，你或許可以創建一個敵人抽象類，然後對於不同能力的步兵創建不同的子類。然後，使用工廠方法等設計模式讓調用方依賴敵人抽象類。
問題來了，如果有無數種能力不同步兵，難道需要創建無數子類嗎？還有，步兵模型的初始化工作是非常耗時的，創建這麼多步兵對象可能還會浪費很多時間。我們是不是可以通過只創建一個步兵原型，然後復制出多個一摸一樣的步兵呢？復制後，只需要調整一下這些對象在地圖上出現的位置，或者調整一下它們的能力即可。原型模式就是用來解決這個問題的。
示例代碼
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<Enemy> enemyGroup = gs.CreateEnemyGroup(enemyPrototype);
foreach (FootMan ft in enemyGroup)
{
ft.ShowInfo();
ft.FootmanAttack();
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
}
}
class GameScene
{
public List<Enemy> CreateEnemyGroup(Enemy enemyPrototype)
{
List<Enemy> enemyGroup = new List<Enemy>();
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");
}
}
}
代碼執行結果如下圖：
代碼說明
l Enemy類是抽象原型，它有兩個用途，一是定義了原型的一些抽象內容，二是定義了原型模式必須的拷貝方法。在這裡，我們看到，每個敵人的屬性有位置、攻擊力、速度等，並且能通過ShowInfo()方法來獲取這個人的信息。
l FootMan類就是具體原型了，它顯示了敵人的具體參數以及實現了克隆自身。
l GameScene類就是調用方，在這裡我們並沒有看到有和具體原因進行依賴，通過復制傳入的克隆原型，得到一些新的敵人，在原型的基礎上稍微調整一下就變成了一支敵人部隊。
l 原型模式通過對原型進行克隆來替代無數子類，因此也就減少了調用方和具體類型產生依賴的程序。
l Clone()方法接受一個參數，表示是否是深拷貝。在這裡，我們通過序列化反序列化實現深拷貝，深拷貝實現對象的完整復制，包括對象內部的引用類型都會復制一份全新的。在這裡，如果3個敵人對象的Location都指向內存同一個地址的話，那麼它們就分不開了，因此，在復制的時候需要進行深拷貝，使得它們的Location是獨立的。
l 在初始化Enemy的時候，我們Sleep()了一下，目的是模擬對象的創建是一個非常耗時的工作，這也體現了原型模式的另一個優勢，在生成敵人的時候，我們其實無需再做這些工作了，我們只需要得到它的完整數據，並且進行一些修改就是一個新的敵人。
l 運行程序後可以看到，雖然創建了三個敵人，但是只耗費了一個敵人的創建時間，三個敵人都是從原型克隆出來的。由於進行了深拷貝，修改了一個敵人的位置並不會影響其它敵人。
何時采用
l 從代碼角度來說， 如果你希望運行時指定具體類（比如是使用Footman作為敵人還是使用其它），或者你希望避免創建對象時的初始化過程（如果這個過程占用的時間和資源都非常多），或者是希望避免使用工廠方法來實現多態的時候，可以考慮原型模式。
l 從應用角度來說， 如果你創建的對象是多變化、多等級的產品，或者產品的創建過程非常耗時的時候（比如，有一定的計算量，或者對象創建時需要從網絡或數據庫中獲取一定的數據），或者想把產品的創建獨立出去，不想了解產品創建細節的時候可以考慮使用。不得不說，原型模式給了我們多一種創建對象，並且不依賴具體對象的選擇。
實現要點
l .NET中使用Object的MemberwiseClone()方法來實現淺拷貝，通過序列化和反序列化實現深拷貝，後者代價比較大，選擇何時的拷貝方式。
l 原型模式同樣需要抽象類型和具體類型，通過相對穩定的抽象類型來減少或避免客戶端的修改可能性。
l 在代碼中，我們把敵人作為了抽象類型，抽象層次很高。完全可以把步兵作為抽象類型，下面有普通步兵，手榴彈步兵等等，再有一個坦克作為抽象類型，下面還有普通坦克和防導彈坦克。這樣GameScene可能就需要從兩種抽象類型克隆出許多步兵和坦克。不管怎麼樣抽象，只要是對象類型由原型實例所指定，新對象通過原型實例做拷貝，那麼這就是原型模式。
注意事項
l 注意選擇深拷貝和淺拷貝。
l 拷貝原型並進行修改意味著原型需要公開更多的數據，對已有系統實現原型模式可能修改的代價比較大。
