Порождающие паттерны: Прототип (Prototype) C#

Назначение:

Прототип —​ позволяет создавать новые объекты путем клонирования уже существующих. По сути данный паттерн предлагает технику клонирования объектов.

Когда использовать Прототип?

1. Класс порождаемого объекта определяется в момент выполнения.

2. Когда желательно избежать наследования создателя объекта. В этом случае, Прототип является конкурентом Абстрактной фабрики.

3. Когда клонирование объекта является более предпочтительным вариантом нежели его создание и инициализация с помощью конструктора.

4. Когда создание копии объекта проще и быстрее, чем порождение его стандартным путем, используя операцию new и включая инициализацию полей.

 UML схема паттерна Прототип​:

Реализация порождающего шаблона "прототип" на C#

class Client
{
    void Operation()
    {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype1(1);
        Prototype clone = prototype.Clone();
        prototype = new ConcretePrototype2(2);
        clone = prototype.Clone();
    }
}
 
abstract class Prototype
{
    public int Id { get; private set; }
    public Prototype(int id)
    {
        this.Id = id;
    }
    public abstract Prototype Clone();
}
 
class ConcretePrototype1 : Prototype
{
    public ConcretePrototype1(int id)
        : base(id)
    { }
    public override Prototype Clone()
    {
        return new ConcretePrototype1(Id);
    }
}
 
class ConcretePrototype2 : Prototype
{
    public ConcretePrototype2(int id)
        : base(id)
    { }
    public override Prototype Clone()
    {
        return new ConcretePrototype2(Id);
    }
}

Участники

• Prototype: определяет интерфейс для клонирования самого себя, который, как правило, представляет метод Clone()

• ConcretePrototype1 и ConcretePrototype2: конкретные реализации прототипа. Реализуют метод Clone()

• Client: создает объекты прототипов с помощью метода Clone()

В .NET существует два типа переменных: Value type и reference type. Для значимых типов при копировании всегда создается копия полная копия (deep copy). А вот переменные ссылочного типа при копировании имеют особенность. Она заключается в том, что передается ссылка на существующий экземпляр. При этом копия объекта не создается. Поэтому различают два варианта клонирования:

1. Неполное копирование (Shallow copy). В результате, ссылочные переменные копии указывают на те же объекты, что и в прототипе. Этот вариант реализован в protected методе MemberwiseClone() класса Object. 
2. Полное копирование (Deep copy). При этом ссылочные переменные копии получат ссылки на собственные объекты, которые так же были полностью скопированы. Такое клонирование медленнее и сложнее. Особенно это заметно, если вложенные объекты самостоятельно не поддерживают свое полное копирование. Кроме того, необходимо определять и особо учитывать кольцевые ссылки. Т.е. ситуации, когда два или более вложенных объектов ссылаются друг на друга. Но, несмотря на эти возможные сложности, данный вариант позволяет создать копию, которая полностью независима от прототипа.

Стоит отметить, что для полного копирования (именно то что и должно реализовыватся прототипом) нужно использовать следующий подход:

//DeepCopy 
public object Clone()
    {
        object figure = null;
        using (MemoryStream tempStream = new MemoryStream())
        {
            BinaryFormatter binFormatter = new BinaryFormatter(null,
                new StreamingContext(StreamingContextStates.Clone));
 
            binFormatter.Serialize(tempStream, this);
            tempStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
 
            figure = binFormatter.Deserialize(tempStream);
        }
        return figure;
    }