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1前言
3栈与堆
5总结
1 前言
原型模式非常简单，用一句话即可概括：以一个已存在的对象作为原型，快速克隆产生出新的对象。一些对象的构造逻辑包含复杂的过程，比如I/O操作、网络通信、第三方交互等，通过原型模式可以跳过这些过程，高效的克隆出目标对象。来源：https://www.wubayue.com
2 原型模式实现
孙悟空通过实现ICloneable接口，拥有了拔毛哈气变猢狲的法力，变出的小猢狲都是自己的分身，小猢狲们不用再经过破石诞生、东海学艺、五百年修行这些构造过程，看来孙悟空已基本掌握了原型模式。来源：https://www.wubayue.com
// 孙悟空
public class SunWuKong : ICloneable
{
public SunWuKong()
{
// 破石诞生
// 东海学艺
// 五百年修行
// ......
}
public object Clone()
{
// 拔毛哈气变猢狲
return this.MemberwiseClone();
}
} 3 堆与栈
从软件设计角度，原型模式其实已经介绍完了，让一个类通过实现接口来拥有自我克隆的能力，就是原型模式的精髓。但如果深入到对象克隆的技术细节，就需要介绍一些其它知识了，堆与栈是计算机发展史上两个古老的词汇，它们在早期编程语言的演进过程中诞生。
栈（Stack）
值类型的数据通常都是存储在栈中，栈的诞生来源于模块化编程，大概在冯·诺依曼时代，计算机编程并没有模块化，虽然现在难以想象，但当时程序受限于内存空间，只能从头到尾执行一段逻辑，没有函数，更没有面向对象。后来随着硬件的发展，内存空间逐渐变大，人们发现从头到尾的一大段逻辑难以理解维护，如果将其拆解为多个部分，不论开发还是维护就容易多了，这便是模块化编程。模块化编程将一大段复杂逻辑拆解到多个函数当中，这些函数相互调用就像乐高积木一样任意拼装，比如函数A调用函数B，函数B调用函数C，如果仔细观察函数嵌套调用时的内存使用，会发现一个规律，最后被调用的函数使用的内存空间总是最先被释放，因为在函数嵌套调用时，越是后被调用的函数，生命周期越是早结束。针对这种情况，人们便发明了后进先出的栈数据结构与工作模式：
栈是一项古老的技术，它贯穿了计算机软硬件的发展史，因此CPU和操作系统针对栈都做了适配，比如CPU有专门的栈指针寄存器以及栈指令，操作系统提供了栈的基础管理。
针对栈的特性，总结如下：
1、后进先出的数据结构，只能在顶端进行数据操作；
2、自我内存管理，进栈自动分配，出栈自动回收；
3、只能为大小确定的数据分配内存，不能动态分配内存；
4、可用空间不大但执行效率高；
堆（Heap）
引用类型的数据通常存储在堆中，堆的概念也是伴随着计算机的发展而出现的，早期的计算机内存空间有限，每个字节的使用都需要精打细算，在编写代码时，就需要计算好变量使用的内存大小。后来随着内存空间越来越大，程序越来越复杂，开发人员发现如果在程序运行时能动态的申请和使用内存空间，会更方便，于是提出了堆的概念。堆实际就是程序运行时动态分配的一片内存空间，它并不像栈一样有特殊的数据结构，今天仍然可以从C语言的malloc()和free()函数窥见堆的诞生：
void mallocDemo()
{
// 申请堆空间
int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
// 堆空间赋值
*ptr = 100;
printf("%d", *ptr);
//释放堆空间
free(ptr);
}
针对堆的特性，总结如下。
1、在程序执行时动态分配内存空间（栈中数据通常在编译期确认大小）；
2、存储数据量远大于栈（受限于物理内存与磁盘交换空间）；
3、执行效率低于栈；来源：https://www.wubayue.com
4 浅拷贝与深拷贝
有了堆、栈知识铺垫，我们再回到孙悟空，孙悟空拔毛哈气变出的小猢狲有点像提线木偶，但西游记有一章写真假美猴王，假六耳猕猴跟真孙悟空简直一模一样，不光朝夕相处的唐僧师徒分不清，天上的神仙们也分不清。同样是克隆，从成品效果来看，显然六耳猕猴的完成度远大于孙悟空拔毛哈气变出的小猢狲。如果从软件设计角度，我觉得浅拷贝和深拷贝比较容易解释其中原因：
浅拷贝（Shallow Copy）
不拷贝引用的子对象。
深拷贝（Deep Copy）
递归拷贝所有子对象，克隆出一个完全独立的新对象。来源：https://www.wubayue.com
// 孙悟空
[Serializable]
public class SunWuKong : ICloneable
{
// 深拷贝
public object Clone()
{
// 克隆六耳猕猴
object obj;
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();
bf.Serialize(ms, this);
ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
obj = bf.Deserialize(ms);
ms.Close();
}
return (SunWuKong)obj;
}
} 5 总结
原型模式是非常简单的一种设计模式，它用于满足对象的快速克隆需求，在克隆过程中，需要注意浅拷贝与深拷贝的处理细节。像C#这种托管型（内存管理托管给框架）语言，只需关注业务逻辑对应的是浅拷贝还是深拷贝即可，而像C++这种非托管型语言，如果对一个包含指针的对象进行多次浅拷贝，则会带来重复析构时的空指针使用问题，造成程序崩溃。来源：https://www.wubayue.com
<全文完>