设计模式之享元（flyweight）模式
现在在大力推行节约型社会，“浪费可耻，节俭光荣”。在软件系统中，有时候也会存在资源浪费的情况，例如，在计算机内存中存储了多个完全相同或者非常相似的对象，如果这些对象的数量太多将导致系统运行代价过高。那么，是否存在一种技术可以用于节约内存使用空间，实现对这些相同或者相似对象的共享访问呢？答案是肯定的，这种技术就是享元模式。
一 享元模式概述
1.1 享元模式简介
享元（Flyweight）模式：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，是一种结构型模式。
1.2 享元模式需求
M公司开发部欲开发一个围棋软件，其界面效果如下图所示：
M公司开发人员通过对围棋软件进行分析，发现在围棋棋盘中包含大量的黑子和白子，它们的形状、大小都一模一样，只是出现的位置不同而已。如果将每一个棋子都作为一个独立的对象存储在内存中，将可能导致该围棋软件在运行时所需要的内存空间较大。
如何降低运行代价、提高系统性能是M公司开发人员需要解决的一个问题。为此，M公司开发人员决定使用享元模式来设计该软件。
1.3 类图
1.4 代码实现
1.4.1 抽象棋子类
#pragma once #include <string> #include <iostream> using namespace std; class AbstractPiece { public: AbstractPiece(){} ~AbstractPiece(){} virtual string GetColor() = 0; virtual void Display(CCoordinates *pCoodinates) = 0; };
1.4.2 白色棋子类
class WritePiece : public AbstractPiece { public: WritePiece() { cout << "WritePiece Construct" << endl; } ~WritePiece() { cout << "WritePiece Deconstruct" << endl; } string GetColor() { return "white"; } void Display(CCoordinates *pCoodinates) { cout << "棋子颜色："<< GetColor() << "," << "棋子坐标:" << pCoodinates->m_x << "," << pCoodinates->m_y << endl; } };
1.4.5 黑色棋子类
class BlackPiece : public AbstractPiece { public: BlackPiece() { cout << "BlackPiece Construct" << endl; } ~BlackPiece() { cout << "BlackPiece Deconstruct" << endl; } string GetColor() { return "black"; } void Display(CCoordinates *pCoodinates) { cout << "棋子颜色："<< GetColor() << "," << "棋子坐标:" << pCoodinates->m_x << "," << pCoodinates->m_y << endl; } };
1.4.6 棋子外部状态类
class CCoordinates { public: CCoordinates(int x, int y) { m_x = x; m_y = y; } ~CCoordinates(){} public: int m_x; int m_y; };
1.4.7 棋子工厂类（单例）
#pragma once #include "flyweight.h" #include <map> using namespace std; class CPieceFactor { private: CPieceFactor(); ~CPieceFactor(); public: //static CPieceFactor* GetPieceFactorInstance(); static AbstractPiece* CreatePiece( string strColor ); private: typedef map<string, AbstractPiece*> PIECEMAP; static PIECEMAP m_PieceVect; static CPieceFactor *m_pPieceFactor; };
#include "PieceFactor.h" // 饥饿模式的单例模式 CPieceFactor::PIECEMAP CPieceFactor::m_PieceVect; CPieceFactor * CPieceFactor::m_pPieceFactor = new CPieceFactor(); CPieceFactor::CPieceFactor() { AbstractPiece *pWrite = new WritePiece(); m_PieceVect.insert(make_pair<string, AbstractPiece*>("write", pWrite)); AbstractPiece *pBlack = new BlackPiece(); m_PieceVect.insert(make_pair<string, AbstractPiece*>("black", pBlack)); } CPieceFactor::~CPieceFactor() { PIECEMAP::iterator iter; for (iter = m_PieceVect.begin(); iter != m_PieceVect.end(); iter ++) { delete iter->second; } } AbstractPiece* CPieceFactor::CreatePiece( string strColor ) { return m_PieceVect[strColor]; }
1.5 测试
#include "stdio.h" #include "PieceFactor.h" void main() { // 通过享元工厂获取3颗黑子 AbstractPiece *pPiece1 = CPieceFactor::CreatePiece("black"); AbstractPiece *pPiece2 = CPieceFactor::CreatePiece("black"); AbstractPiece *pPiece3 = CPieceFactor::CreatePiece("black"); string strCmp; strCmp = pPiece1 == pPiece2 ? "相同":"不相同"; cout << "判断两颗黑子是否相同：" << strCmp.c_str() <<endl; // 通过享元工厂获取2颗白子 AbstractPiece *pPiece4 = CPieceFactor::CreatePiece("write"); AbstractPiece *pPiece5 = CPieceFactor::CreatePiece("write"); strCmp = pPiece1 == pPiece2 ? "相同":"不相同"; cout << "判断两颗白字是否相同：" << strCmp.c_str() <<endl; // 显示棋子 pPiece1->Display(new CCoordinates(1,2)); pPiece2->Display(new CCoordinates(3, 4)); pPiece3->Display(new CCoordinates(1, 3)); pPiece4->Display(new CCoordinates(2, 5)); pPiece5->Display(new CCoordinates(2, 4)); return; }
二 享元模式总结
2.1 主要优点
可以极大减少内存中对象的数量，使得相同或相似对象在内存中只有一份 => 节省系统资源，提高系统性能！棒棒哒！
2.2 主要缺点
为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的部分状态外部化，而读取外部状态将使得运行时间变长！
2.3 应用场景
（1）一个系统有大量相同或相似的对象，造成了系统内存的大量损耗 => 赶紧使用享元模式吧！
（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。
（3）要维护享元模式，需要耗费一定的系统资源，因为在需要时会多次重复使用才值得使用享元模式了！
