C++设计模式-享元模式 转载 设计模式 2021年10月28日 15:03 夏至未至 790 当前内容 6654 字，在路上，马上到，马上到 ### 模式介绍 所谓“享元”，顾名思义就是被共享的单元。享元模式的意图是复用对象，节省内存，前提是享元对象是不可变对象。 “不可变对象”指的是，一旦通过构造函数初始化完成之后，它的状态（对象的成员变量或者属性）就不会再被修改了。 #### 模式意图 享元模式(Flyweight Pattern)： 运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结构型模式。 #### 解决问题 在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。 #### 实现概述 通过工厂模式，在工厂类中，可以通过一个 Map 来缓存已经创建过的享元对象，来达到复用的目的。 #### 模式要点 - 用 Map 存储对象，享元模式以共享的方式高效地支持大量细粒度对象的重用，享元对象能做到共享的关键是区分了内部状态(Intrinsic State)和外部状态(Extrinsic State)。 - 内部状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的状态，内部状态可以共享。 - 外部状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外部状态通常由客户端保存，并在享元对象被创建之后，需要使用的时候再传入到享元对象内部。 #### 应用场景 - 当一个系统中存在大量重复对象的时候，如果这些重复的对象是不可变对象，就可以利用享元模式将对象设计成享元，在内存中只保留一份实例，供多处代码引用。 - 不仅仅相同对象可以设计成享元，对于相似对象，也可以将这些对象中相同的部分（字段）提取出来，设计成享元，让这些大量相似对象引用这些享元，不同的地方作为外部状态传入对象中。 - 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源，因此，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。 ##### 生活中场景 棋子，比如围棋子，棋子与棋子之间除了颜色和位置，好像没什么不同了！也就是说，每个棋子对象的大部分状态都是一样的（形状、材料、质地等）。 ##### 软件中场景 JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面。 Python [CPython（Python 的 C 实现）]内部会对 -5 到 256 的整型维持一个数组， 起到一个缓存的作用。 #### 模式特点 ##### 优点 1. 享元模式通过享元池存储已经创建好的享元对象，实现相同或相似的细粒度对象的复用，大大减少了系统中的对象数量，节约了内存空间，提升了系统性能； 2. 享元模式通过内部状态和外部状态的区分，外部状态相互独立，客户端可以根据需求任意使用。 ##### 缺点 享元模式需要增加逻辑来取分出内部状态和外部状态，增加了编程的复杂度； ### 模式结构 - Flyweight（抽象享元类）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外部提供享元对象的内部状态数据，也可以通过这些方法设置外部状态； - ConcreteFlyweight（具体享元类）：具体实现抽象享元类声明的方法，其实例称为享元对象；具体享元类中为内部状态提供存储空间。具体享元类通常可以结合单例模式来设计实现，为每个具体享元类提供唯一的享元对象。 - UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类）：并不是所有抽象享元类的子类都需要被共享，可以将这些类设计为非共享具体享元类；当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。 - FlyweightFactory（享元工厂类）：用于创建并管理享元对象，针对抽象享元类编程，将各种具体享元类对象存储在一个享元池中，享元池一般设计为一个存储键值对的集合（或者其他类型的集合），可结合工厂模式设计。客户需要某个享元对象时，如果享元池中已有该对象实例，则返回该实例，否则创建一个新的实例，给客户返回新的实例，并将新实例保存在享元池中。 ### 示例代码 以围棋棋子为例，棋子除了颜色和坐标其他都一样 - Flyweight（抽象享元类）：ChessPiece - ConcreteFlyweight（具体享元类）：BlackChessPiece WhiteChessPiece - UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类）：Coordinates - FlyweightFactory（享元工厂类）：ChessPieceFactory UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类） /// UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类）：Coordinates class Coordinates { public: Coordinates(int x,int y) { this->x = x; this->y = y; std::cout << "Coordinates Hello, x = " << x << " y = " << y << std::endl; } ~Coordinates() { std::cout << "Coordinates Bye, x = " << x << " y = " << y << std::endl; } int getX() { return x; } void setX(int x) { this->x = x; } int getY() { return y; } void setY(int y) { this->y = y; } private: int x; int y; }; Flyweight（抽象享元类） /// Flyweight（抽象享元类）：ChessPiece class ChessPiece { public: virtual ~ChessPiece() = default; virtual std::string getColor() = 0; void display(Coordinates *coord) { std::cout << "棋子颜色：" << getColor() << "，棋子位置：" << "x = " << coord->getX() << "，y = " << coord->getY() << std::endl; }; protected: ChessPiece() = default; std::string color; }; ConcreteFlyweight（具体享元类） /// ConcreteFlyweight（具体享元类）：BlackChessPiece WhiteChessPiece class BlackChessPiece : public ChessPiece { public: BlackChessPiece() { std::cout << "BlackChessPiece Hello" << std::endl; color = "黑色"; } ~BlackChessPiece() override { std::cout << "BlackChessPiece Bye" << std::endl; } std::string getColor() override{ return color; } }; class WhiteChessPiece : public ChessPiece { public: WhiteChessPiece() { std::cout << "WhiteChessPiece Hello" << std::endl; color = "白色"; } ~WhiteChessPiece() override { std::cout << "WhiteChessPiece Bye" << std::endl; } std::string getColor() override{ return color; } }; FlyweightFactory（享元工厂类） /// FlyweightFactory（享元工厂类）：ChessPieceFactory class ChessPieceFactory { public: static ChessPieceFactory *getInstance() { static ChessPieceFactory instance; return &instance; } ChessPiece *getChessPiece(const std::string& color) { return mapChessPiece[color]; } private: ChessPieceFactory() { std::cout << "ChessPieceFactory Hello" << std::endl; mapChessPiece.insert(std::pair<std::string,ChessPiece *>("b",new BlackChessPiece())); mapChessPiece.insert(std::pair<std::string,ChessPiece *>("w",new WhiteChessPiece())); } ~ChessPieceFactory() { std::cout << "ChessPieceFactory Bye" << std::endl; auto iter = mapChessPiece.begin(); while(iter!=mapChessPiece.end()) { ChessPiece *chessPiece = iter->second; delete chessPiece; iter++; } } std::map<std::string,ChessPiece *> mapChessPiece; }; #### 测试 int main() { ChessPiece *black1,*black2,*black3,*white1,*white2; ChessPieceFactory *factory; //获取享元工厂对象 factory = ChessPieceFactory::getInstance(); //通过享元工厂获取三颗黑子 black1 = factory->getChessPiece("b"); black2 = factory->getChessPiece("b"); black3 = factory->getChessPiece("b"); std::cout << "两颗黑子是否相同：" << (black1==black2) << std::endl; //通过享元工厂获取两颗白子 white1 = factory->getChessPiece("w"); white2 = factory->getChessPiece("w"); std::cout << "两颗白子是否相同：" << (white1==white2) << std::endl; std::vector<Coordinates *> coordinates; //std::function<Coordinates *(Coordinates *)> func = [&coordinates](Coordinates *coord ) { auto func = [&coordinates](Coordinates *coord ) { coordinates.push_back(coord); return coord; }; //显示棋子 black1->display(func(new Coordinates(1,3))); black2->display(func(new Coordinates(2,6)));; black3->display(func(new Coordinates(4,7)));; white1->display(func(new Coordinates(5,8)));; white2->display(func(new Coordinates(4,1)));; for (auto & coordinate : coordinates) { delete coordinate; } return 0; } > 原文链接：https://blog.csdn.net/leacock1991/article/details/112151143 本文标题： C++设计模式-享元模式 本文作者： 夏至未至 发布时间： 2021年10月28日 15:03 最近更新： 2022年1月10日 13:49 原文链接： 许可协议： 署名-非商业性-禁止演绎 4.0 国际(CC BY-NC-ND 4.0) 请按协议转载并保留原文链接及作者 设计模式(25) 上一个 C++设计模式-代理模式 下一个 C++设计模式-外观模式 当前文章评论暂未开放,请移步至留言处留言。
