C++结构型模式-享元模式用法总结

1 模式介绍

flyweight是轻量级的意思，中文这边翻译成享元。享元模式通过共享技术实现相同或相似对象的重用。

享元模式是一种对象结构型模式。运用共享技术有效地支持大量细颗粒对象的复用。

2 模式结构

（1）Flyweight（抽象享元类）

描述一个接口，通过这个接口flyweight可以接受并作用于外部状态。抽象享元类中定义了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法设置外部数据（外部状态）。

（2）ConcreteFlyweight（具体享元类）

具体享元类实现了抽象享元接口，其实例称为享元对象。具体享元对象必须是可以共享的。

（3）UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类）

并不是所有的抽象享元类的子类都需要共享，不能被共享的子类则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。

（4）FlyweightFactory（享元工厂类）

创建并管理享元对象。它需要确保合理地共享享元对象；当用户请求一个具体享元对象时，享元工厂对象提供一个已创建的实例，如果请求的实例不存在的情况下，就新创建一个实例。

享元模式以共享的方式高效地支持大量的细颗粒对象，享元模式能做到共享的关键是区分内部状态和外部状态。

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，因此内部状态可以共享；
外部状态：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必须由客户端保存，并在享元对象被创建后，在需要使用的时候再传入享元对象内部。

flyweight执行时所需的状态必定是内部的或外部的。内部状态存储于ConcreteFlyweight对象之中；而外部对象则由Client对象存储或计算。当用户调用flyweight对象的操作时，将该状态传递给它。同时，用户不应该直接对ConcreteFlyweight类进行实例化，而只能从FlyweightFactory对象得到ConcreteFlyweight对象，这可以保证对它们适当地进行共享；由于共享一个实例，所以在创建这个实例时，就可以考虑使用单例模式来进行实现。

3 模式优缺点

3.1 享元模式优点

（1）极大减少内存中对象的数量，使得相同对象或相似对象在内存中只保存一份；

（2）享元对象的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。

3.2 享元模式缺点

（1）享元模式使得系统更加复杂，需要分离出内部状态和外部状态，从而使得程序的逻辑复杂化。

（2）为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间变长。

4 模式应用

（1）当一个系统有大量相同或相似的对象，由于这些对象的大量使用，造成内存的大量耗费；使用享元模式可以节约内存空间，提高系统的性能

（2）对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中；

比如一个字符串中存在很多重复的字符，可以针对每一个不同的字符创建一个享元对象，将其放在享元池中，需要时再从享元池取出。

5 模式实现

FlyWeight.h

1 #ifndef _FLYWEIGHT_H_2 #define _FLYWEIGHT_H_3 4 //抽象享元类5 class FlyWeight6 {7 public:8     FlyWeight(){};9     virtual ~FlyWeight(){};
10     //声明具体享元类共有的方法
11     virtual void operation() = 0;
12
13 };
14
15 //具体享元类
16 class ConcreteFlyWeight: public FlyWeight
17 {
18 public:
19     ConcreteFlyWeight(){};
20     ~ConcreteFlyWeight(){};
21     //具体享元类实现了在抽象享元类中声明的方法
22     void operation();
23
24 };
25
26
27
28 #endif

FlyWeight.cpp

1 #include "FlyWeight.h"
2 #include <stdio.h>
3
4   //具体享元类实现了在抽象享元类中声明的方法
5 void ConcreteFlyWeight::operation()
6 {
7     printf("I'm ConcreteFlyWeight!\n");
8 }

FlyWeightFactory.h

1 #ifndef _FLYWEIGHT_FACTORY_H_2 #define _FLYWEIGHT_FACTORY_H_3 4 #include <vector>5 #include "FlyWeight.h"6 7 using namespace std;8 //享元工厂类9 class FlyWeightFactory
10 {
11   public:
12     FlyWeightFactory();
13     ~FlyWeightFactory();
14   //工厂方法，根据所传入的参数返回享元池中的享元对象
15     FlyWeight* GetFlyWeight(int key);
16
17   private: //定义享元池用于存储多个具体享元对象
18     vector<FlyWeight*> m_flyWeights;//很多时候为了增加效率，使用hash表之类的结构，这里简单的使用vector，
19 };
20
21 #endif

FlyWeightFactory.cpp

1 #include "FlyWeightFactory.h"2 3 FlyWeightFactory::FlyWeightFactory()4 {5     FlyWeight* tmp = new ConcreteFlyWeight();6     m_flyWeights.push_back(tmp);7 }8 9
10
11
12 FlyWeightFactory::~FlyWeightFactory()
13 {
14     FlyWeight* tmp = m_flyWeights.at(0);
15     delete tmp;
16     tmp = NULL;
17 }
18
19
20
21
22 FlyWeight* FlyWeightFactory::GetFlyWeight(int key)
23 {
24     //简单点表示
25     return m_flyWeights.at(key);
26 }

client.cpp

1 #include "FlyWeightFactory.h"2 3 4 5 int main()6 {7     FlyWeightFactory* factory = new FlyWeightFactory(); //实例化享元工厂类8 9     FlyWeight* flyWeight = factory->GetFlyWeight(0);//通过享元工厂对象的工厂方法返回享元对象
10     flyWeight->operation();//调用享元对象的方法
11     return 0;
12 }

参考文献：

【1】C++设计模式——享元模式：C++设计模式——享元模式 - Ring_1992 - 博客园

【2】享元模式及C++实现

【3】享元模式及C++实现 - 曾经的你| - 博客园

【4】C++享元模式详解 : https://www.jb51.net/article/222735.htm

【5】C++设计模式 - 享元模式 - 知乎