【C++设计模式之亨元模式:结构型】分析及示例

简介

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，旨在通过共享对象，有效地支持大量细粒度的对象，从而减少内存和性能消耗。它通过将对象分为可共享的内部状态和不可共享的外部状态，从而实现对象共享。

描述

享元模式通过共享对象来减少对象创建和消耗的开销，尤其适用于有大量相似对象的场景。在享元模式中，每个对象被视为两个部分：内部状态和外部状态。内部状态是可以共享的，而外部状态则根据具体的场景而变化。

原理

享元模式的关键是共享对象。当客户端需要创建一个对象时，首先检查对象池中是否已经存在相同的对象，如果存在则返回该对象，如果不存在则创建一个新对象并将其添加到对象池中。通过共享对象，可以减少内存消耗和对象创建的开销。

类图

示例

假设要创建一个游戏中的棋局对象，棋局中有很多棋子，每个棋子有自己的位置和颜色。
为了节省内存和创建开销，可以使用享元模式来共享相同颜色的棋子对象。

在下面的示例中，定义了一个棋子接口 ChessPiece 和一个具体的实现类 ChessPieceImpl，用于表示棋子的内部状态。此外还定义了一个棋子工厂类 ChessPieceFactory，用于创建和管理棋子对象。

#include <>
#include 
#include 

// 棋子接口
class ChessPiece {
public:
    virtual void draw(int x, int y) = 0;
};

// 具体的棋子实现类
class ChessPiece : public ChessPiece {
private:
    std::string color;

public:
    ChessPieceImpl(std::string color) : color(color) {}

    void draw(int x, int y) {
        std::cout << "Draw a " << color << " chess piece at (" << x << ", " << y << ")" << std::endl;
    }
};

// 棋子工厂类
class ChessPieceFactory {
private:
    map<std::string, ChessPieceImpl*> chessPieces;

public:
    ChessPiece* getChessPiece(std::string color) {
        if (chessPieces.find(color) == chessPieces.end()) {
            chessPieces[color] = new ChessPieceImpl(color);
        }
        return chessPieces[color];
    }
};

int main() {
    ChessPieceFactory factory;

    // 绘制黑色棋子
    ChessPiece* blackPiece1 = factory.getChessPiece("black");
    blackPiece1->draw(0, 0);

    // 绘制黑色棋子
    ChessPiece* blackPiece2 = factory.getChessPiece("black");
    blackPiece2->draw(0, 1);

    // 绘制白色棋子
    ChessPiece* whitePiece = factory.getChessPiece("white");
    whitePiece->draw(1, 1);

    // 释放资源
    delete blackPiece1;
    delete blackPiece2;
    delete whitePiece;

    return 0;
}

输出结果

Draw a black chess piece at (0, 0)
Draw a black chess piece at (0, 1)
Draw a white chess piece at (1, 1)

解释

在上述示例中，使用了享元模式来共享相同颜色的棋子对象。
首先，创建了一个棋子工厂对象 ChessPieceFactory，用于创建和管理棋子对象。
当客户端需要创建棋子时，首先检查工厂中是否已经存在相颜色的棋子对象，如果存在则返回该对象，不存在则创建一个新的棋子对象并将其到工厂中。

在输出结果中，可以看到，虽然创建了两个黑色的棋子对象，但实际上它们是同一个对象，因为它们共享了相同的内部状态（颜色）。而白色的棋子对象则是一个新创建的对象。

结论

享元模式可以有效地减少内存和对象创建的开销，特别适用于有大量相似对象的场景。通过将对象分为可共享的内部状态和不可共享的外部状态，可以实现对象的共享，提高系统性能。

应用场景

享元模式适用于以下情况：

1. 系统中存在大量相似的对象，造成了内存和性能上的浪费。
2. 对象的大部分状态可以转化为外部状态。
3. 应用不依赖对象标识。