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PLC结构化文本设计模式——原型模式（Prototype Pattern）

news 2025/9/16 8:40:43

PLC Structured Text Design Patterns

PLC结构化文本设计模式——原型模式（Prototype Pattern）

介绍

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。——Java 原型模式|菜鸟教程

使用原型实例指定要创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。与直接实例化类创建新对象不同，原型模式通过拷贝现有对象生成新对象——Java 原型模式|菜鸟教程

使用场景

当创建一个对象需要消耗大量资源（如数据库查询、网络请求、复杂计算），或构造过程非常复杂时，原型模式可以通过复制已有对象来避免重复的高成本操作。
当系统需要在运行时动态创建多种相似但略有差异的对象，且这些对象的类型可能无法提前预知时，原型模式可以通过克隆不同原型来快速生成新对象。
当需要创建对象但无法访问其构造函数（如构造函数为私有），或构造函数参数复杂难以获取时，原型模式可以通过克隆已有实例绕过这些限制。

Tips:对于PLC来说FB构造函数(FB_init)明确禁止私有。

当需要保存对象在不同阶段的状态（如撤销操作），原型模式可以通过克隆当前状态来实现历史记录的保存。
当需要创建大量结构相似、仅部分属性不同的对象时，原型模式可以通过克隆基准对象并修改差异部分，提高创建效率。

优缺点

优点
- 当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，通过复制一个已有的实例可以提高新实例的创建效率。
- 可以使用深复制的方式保存对象的状态。将对象复制一份并将其状态保存起来，以便于在使用的时候使用，比如恢复到某一个历史状态，可以辅助实现撤销操作。
缺点
- 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则。
- 为了支持深复制，当对象之间存在多重嵌套引用关系时，每一层对象都必须支持深复制，实现起来可能比较麻烦。

伪代码

创建基础接口类型，主要目的：为了后续接口类型转换，接口与接口和接口与指针之间的转换。

INTERFACE I_Interface EXTENDS __SYSTEM.IQueryInterface

创建可销毁/清除I_Disposable接口类型，扩展于I_Interface。

INTERFACE I_Disposable EXTENDS I_InterfaceMETHOD Dispose
VAR_INPUT
END_VAR

创建可克隆I_Cloneable接口，扩展于I_Disposable。

INTERFACE I_Cloneable EXTENDS I_DisposableMETHOD Clone : I_Cloneable
VAR_INPUT
END_VAR

创建产品参数接口I_ProductParameter，继承I_Cloneable。

INTERFACE I_ProductParameter EXTENDS I_CloneablePROPERTY Height : REAL
Get()
Set()PROPERTY ID : INT
Get()
Set()PROPERTY Name : STRING
Get()
Set()PROPERTY Width : REAL
Get()
Set()

定义FB_ProductParameter类并实现I_ProductParameter接口。使用PLC动态创建对象实例需要开发人员手动去管理对象的生命周期，使用完需要销毁/释放内存，这区别于C#存在gc机制，自动回收内存。因此，需要实现方法Dispose，释放内存防止资源浪费，使用__New()创建对象实例时需要特别注意这一点。

{attribute 'enable_dynamic_creation'}
FUNCTION_BLOCK FB_ProductParameter IMPLEMENTS I_ProductParameter
VARsProductName 	: STRING;nProductId	 	: INT;nProductWidth	: REAL;nProductHeight	: REAL;
END_VAR
------
METHOD Clone : I_Cloneable
VARpProductParameter : POINTER TO FB_ProductParameter;
END_VARpProductParameter := __NEW(FB_ProductParameter);
(* 以下操作均为"浅拷贝" *)
// 内部成员（变量）按个拷贝
pProductParameter^.Name 	:= THIS^.sProductName;
pProductParameter^.ID 		:= THIS^.nProductId;
pProductParameter^.Width 	:= THIS^.nProductWidth;
pProductParameter^.Height 	:= THIS^.nProductHeight;
// 或者直接赋值
// pProductParameter^ := THIS^;
Clone := pProductParameter^;
------
METHOD Dispose__DELETE(THIS);
ADSLOGSTR(msgCtrlMask :=ADSLOG_MSGTYPE_LOG, msgFmtStr :='Memory has released', strArg := '');
------
PROPERTY Height : REAL
Get:Height := THIS^.nProductHeight;
Set:THIS^.nProductHeight := Height;
------
PROPERTY ID : INT
Get:ID := THIS^.nProductId;
Set:THIS^.nProductId := ID;
------
PROPERTY Name : STRING
Get:Name := THIS^.sProductName;
Set:THIS^.sProductName := Name;
------
PROPERTY Width : REAL
Get:Width := THIS^.nProductWidth;
Set:THIS^.nProductWidth := Width;

浅拷贝（Shallow Copy）
定义：创建一个新对象，然后将原对象的字段值直接复制到新对象中。
对于值类型成员（如 int、float、struct 等）：直接复制值本身，新对象和原对象的值类型成员相互独立。
对于引用类型成员（如类实例、数组等）：只复制引用地址，新对象和原对象的引用类型成员指向同一个内存地址。

深拷贝（Deep Copy）
定义：创建一个新对象，然后递归复制原对象的所有成员，包括引用类型成员所指向的对象。
无论属性值是基本数据类型还是引用类型，都会创建一个完全独立的副本。

对于PLC而言若相同类型FB直接fb1:=fb2，内部成员无论是POINTER或REFERENCE或者INTERFACE只是将fb2内的地址赋值给fb1，fb1里的引用类型变量地址指向的是fb2里的内存，也就是fb1和fb2引用类型使用的是同一块内存。（浅拷贝）

主程序运行，先对fbProductParameter属性赋值初始值，iProductParameterClone接收克隆对象实例，接着将接口iProductParameterClone转换成iProductParameter，日志记录克隆之后的属性值。最后再将iProductParameterClone接口转换成iProductParameterDispose释放创建的内存。

PROGRAM MAIN
VARbTest1 : BOOL;iProductParameter 		: I_ProductParameter;fbProductParameter 		: FB_ProductParameter;iProductParameterClone	: I_Cloneable;iProductParameterDispose: I_Disposable;	
END_VARIF bTest1 THENfbProductParameter.ID := 1;fbProductParameter.Name := 'glasses';fbProductParameter.Width:= 800;fbProductParameter.Height:= 1000;iProductParameterClone := 	fbProductParameter.Clone();// 将拷贝创建的新对象转换成I_ProductParameter接口类型IF __QUERYINTERFACE(iProductParameterClone,iProductParameter) THEN// 输出拷贝对象成员值ADSLOGSTR(msgCtrlMask :=ADSLOG_MSGTYPE_LOG, msgFmtStr :='Name:%s', strArg := iProductParameter.Name);ADSLOGSTR(msgCtrlMask :=ADSLOG_MSGTYPE_LOG, msgFmtStr :='Id:%s', strArg := TO_STRING(iProductParameter.ID));ADSLOGSTR(msgCtrlMask :=ADSLOG_MSGTYPE_LOG, msgFmtStr :='Width:%s', strArg := TO_STRING(iProductParameter.Width));ADSLOGSTR(msgCtrlMask :=ADSLOG_MSGTYPE_LOG, msgFmtStr :='Height:%s', strArg := TO_STRING(iProductParameter.Height));END_IF// iProductParameter.Dispose();释放内存// 将拷贝的新对象转换成I_Disposable接口类型（主要演示__QUERYINTERFACE用法）IF __QUERYINTERFACE(iProductParameterClone,iProductParameterDispose) THEN// 将对象内存释放iProductParameterDispose.Dispose();END_IFbTest1 := FALSE;
END_IF

日志输出结果：

MSG | 'PlcTask' (350): Name:glasses
MSG | 'PlcTask' (350): Id:1
MSG | 'PlcTask' (350): Width:800.0
MSG | 'PlcTask' (350): Height:1000.0
MSG | 'PlcTask' (350): Memory has released

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http://www.wxhsa.cn/company.asp?id=5303