本帖介紹 Prototype Pattern (原型模式)，并以一個「人事招聘程序」作為示例來說明。

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本帖的示例下載點：
http://files.cnblogs.com/WizardWu/090713.zip
第一個示例為 Console Mode (控制臺應用程序) 項目，第二個示例為 ASP.NET 網站項目。
執行示例需要 Visual Studio 2008 或 IIS + .NET 3.0，不需要數據庫。
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Prototype Pattern (原型模式)

Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype.
                                 － Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software

原型模式就是以一個既有的原型實例當作范本，利用復制的方式，動態獲得這個原型實例的狀態以及全部的字段和屬性，以此創建一或多個相同的對象，而且不需要知道任何創建的細節。

Prototype 模式打個通俗的比方：假如您在圖書館看到幾本自己喜歡的書籍，當看到某些知識點時，想在上面作相關記號，但由于其是圖書館的書，不能在上面亂涂亂畫。此時您只好把相關的章節，用復印機把它復印出來，然后在自己復印的紙張上作記號。在 Prototype Pattern 里，Clone 方法就如同此種復印的動作，用戶從一個既有的原型實例 (如同圖書館里的書)，復印后得到一或多個新的拷貝，不會破壞原本的原型，且用戶不必知道原型的內容和格式。

Prototype 也具有一種「展示」的意味，就像是車展上的「原型」車款。當您對某個車款感興趣時，您可購買相同的車款，而不是車展上展示的那輛車。

在軟件設計方面，也常需要進行此種對象復制。例如我們要寫一套室內設計軟件，軟件的操作界面上有一條 Toolbar，用戶只要單擊 Toolbar 上的 Button，或用鼠標拖曳到設計窗格中，就可創建一個桌子或椅子的副本，并可事后改變它的顏色或位置。當設計師改變設計圖中的副本對象時，Toolbar 上的「原型」對象并不會跟著被改變。同樣的觀念，亦適用于工業設計 CAD 軟件、圖像處理軟件，以及 Visual Studio 等各種軟件的設計。

Prototype 模式的重點在于 Clone 方法，它負責復制 (克隆) 出一個新的對象并返回，而不是用 new 運算符和某個類的構造函數去創建實例。在此模式中，派生類如何覆寫父類的 Clone 方法將是重點。而 clone 的方式，又可分為「淺拷貝 (shallow copy)」和「深拷貝 (deep copy)」，在介紹這個 Prototype 模式之前，先簡單介紹一下這兩種拷貝方式的差異 [1], [2], [3], [4] ：

• 淺拷貝; 淺表復制 (shallow copy)：對象拷貝時，如果字段是「值類型 (Value Type)」，則直接復制其值 (亦即復制整個字段)；若字段為「引用類型 (Reference Type)」，則只復制其「引用 (reference; pointer)」，但不復制引用的字段，亦即若更改了任一個副本對象的某一個「引用類型」字段，則原型正本對象、其他副本對象，也全部會一并更改 (如同本帖的第三個示例 02_Employee / 02_ShallowCopy_fail.ASPx.cs)，也就是說正本和所有的副本，都指向了內存的同一個位置。
• 深拷貝; 深層復制 (deep copy)：不論對象的字段為「值類型」或「引用類型」，都會完整地復制，而且這些字段和屬性都是完全獨立的。在深拷貝中，所有的對象都是重復的。

另補充，.NET 的類型系統，分為「值類型」、「引用類型」兩種，其對象在內存中的存儲方式不同，如下：

• 值類型：只需要一段單獨的內存，用于存儲實際的數據在「棧 (Stack)」里，例如：int、byte、float、double、bool、struct、enum、char、...等類型。
• 引用類型：需要兩段內存，第一段存儲實際的數據，其總是位于「堆 (Heap)」中；第二段是一個存在「棧」里的引用 (reference; pointer)，其指向數據在「堆」中的實際存放位置，例如：object、string、class (包括自定義類)、interface、delegate、array (參考本帖的第三、第四個示例) 等類型。

但 string (字符串) 較特殊。string 雖然是「引用類型」，但卻擁有「值類型」的特性。在 Prototype Pattern 及本帖的四個示例中，當透過 MemberwiseClone 方法做「淺拷貝」時，對象的 string 字段仍會被完整地復制，其結果就如同 int 等「值類型」的字段一樣。

如下圖 1 及下方示例 01_Shell，我們可透過自定義的 Prototype 抽象類，搭配 .NET 最頂層基類 System.Object 的 MemberwiseClone 方法，達成對象的「淺拷貝」，亦即復制某個對象其所有「字段 (field)」的值；但在 .NET 中，亦可舍棄此一自定義抽象類，讓圖 1 中的 ConcretePrototype1 類、ConcretePrototype2 類，改為實現 .NET 原生的 System.ICloneable 接口，透過實現此接口唯一的一個 Clone 方法，來達成對象的「淺拷貝」或「深拷貝」。

圖 1　此圖為 Prototype 模式的經典類圖

NET技術：C# Design Patterns (5) - Prototype，轉載需保留來源！

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