结构型模式--享元

1、意图

　　运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

2、结构

　　

3、参与者

　　Flyweight：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。

　　ConcreteFlyweight：实现Flyweight接口，并为内部状态（如果有的话）增加存储空间。ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它存储的状态必须是内部的；即，它必须独立于ConcreteFlyweight对象的场景。

　　UnsharedConcreteFlyweight：并非所有的Flyweight子类都需要被共享。Flyweight接口使共享成为可能，但它并不强制共享。在Flyweight对象结构的某些层次，UnsharedConcreteFlyweight对象通常将ConcreteFlyweight对象作为子节点。

　　FlyweightFactory：创建并管理Flyweight对象；确保合理地共享Flyweight。当用户请求一个Flyweight时，FlyweightFactory对象提供一个已创建的实例或者创建一个（如果不存在的话）。

　　Client：维持一个对Flyweight的引用；计算或存储一个（多个）Flyweight的外部状态。

4、适用性

　　享元模式（Flyweight）在以下情况都成立时使用：

　　一个应用程序使用了大量的对象；

　　完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销；

　　对象的大多数状态都可变为外部状态；

　　如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象；

　　应用程序不依赖于对象标识。由于享元对象可以被共享，对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值；

5、代码示例

　　场景：文本编辑器，若为不同字体的不同字符都创建一个对象的话，将创建大量的对象，造成很大存储开销。通过享元模式，将其中字符作为可共享的对象，字符的字体属性则作为外部状态。

// 图形基类，作为享元模式中的Flyweight
class Glyph
{
public:
    virtual ~Glyph(); 
    virtual void Draw(Window*,GlyphContext&); 
    virtual void SetFont(Font*,GlyphContext&); 
    virtual Font* GetFont(GlyphContext&);
    virtual void First(GlyphContext&); 
    virtual void Next(GlyphContext&); 
    virtual bool IsDone(GlyphContext&); 
    virtual Glyph* Current(GlyphContext&); 
    virtual void Insert(Glyph*,GlyphContext&); 
    virtual void Remove(GlyphContext&); 
protected:
    Glyph();
};

// Character的子类存储一个字符代码，作为享元模式中的ConcreteFlyweight
class Character : public Glyph 
{
public:
    character(char); 
    virtual void Draw(Window*, GlyphContext&); 
private:
    char _charcode;
};

// 为了避免给每一个G1yph的字体属性都分配存储空间，我们可以将该属性外部存储于GlyphContext对象中。
// GlyphContext是一个外部状态的存储库，它维持Glyph与字体(以及其他一些可能的图形属性)之间的一种简单映射关系。
// 如果某个操作需要知道在给定场景下Glyph的字体，都会有一个GlyphContext实例作为参数传递给它。
// 然后，该操作就可以查询GlyphContext以获取该场景中的字体信息了。这个场景取决于Glyph结构中的Glyph的位置。
// 因此，当使用Glyph时，Glyph子类的迭代和管理操作必须更新GlyphContext。

// 在遍历过程中，GlyphContext必须知道它在Glyph结构中的当前位置。
// 随着遍历的进行， GlyphContext::Next增加_index的值。
// Glyph的子类（如，Row和Column）对Next操作的实现必须使得它在遍历的每一点都调用GlyphContext::Next。

class GlyphContext
{
public:
    GlyphContext ();
    virtual ~GlyphContext ();
    virtual void Next(int step = 1); 
    virtual void Insert(int quantity = 1); 
    virtual Font* GetFont(); 
    virtual void SetFont(Font*,int span = 1); 
private:
    int _index; 
    // Btree结构存储Glyph到字体的映射。树中的每个节点都标有字符串的长度，而它给这个字符串字体信息。
    // 树中的叶子节点指向一种字体，而内部的字符串分成了很多子字符串，每一个对应一种子节点。
    BTree* _fonts;
};

BTree结构的图示如下：

 

 上图表示，字符1采用Times 24字体，字符2~101（共100个字符）采用Times 12字体，字符102~107采用Times-italic 12字体……以此类推。

// 当字体改变，或者添加删除新的Glyph时，BTree结构将相应地被更新。

GlyphContext gc; 
Font* times12 = new Font (Times-Roman-12");
Font* timesItalic12 = new Font("Times-Italic-12");
// ...
// 修改6个字符的字体，从GlyphContext的_index索引开始算
gc.SetFont(times12, 6);

// 添加6个字符
gc.Insert(6); 
gc.SetFont(timesItalic12, 6);

// GlyphFactory类作为享元模式的FlyweightFactory，负责创建Glypy并进行合理共享。
// GlyphFactory类将实例化Character和其他类型的Glyph。我们只共享Character对象
const int NCHARCODES = 128; 
class GlyphFactory
{
public:
    GlyphFactory(); 
    virtual ~GlyphFactory(); 
    virtual Character* Createcharacter(char); 
    virtual Row* CreateRow();
    virtual Column* Createcolumn();
    //...
private:
    Character* _character[NCHARCODES];
};
// 初始化为0
GlyphFactory::GlyphFactory ()
{
    for (int i=0; i<NCHARCODES; ++i)
    {
        _character[i]=0;
    }
}
// 如果不存在对应字符，则新建，否则从已有字符组中返回
Character* GlyphFactory::Createcharacter(char c)
{
    if(!_character[c])
    {
        _character[c]= new Character(c);
    }
    return _character[c];
}

// 其他操作仅需在每次被调用时实例化一个新对象,因为非字符的Glyph不能被共享:
Row* GlyphFactory::CreateRow ()
{
    return new Row; 
}
Column* GlyphFactory::CreateColumn ()
{
    return new Column;
}

6、总结

　　享元模式主要是为避免大量相似对象的开销，减小内存消耗。

　　享元模式重点在于两个概念：内部状态和外部状态。内部状态存储在Flyweight中，包含Flyweight对象的信息，这些信息可以被共享。外部状态取决于场景，会随场景而变化，不可被共享。外部状态由Client管理和存储，用户操作共享对象Flyweight时，外部状态将传递给共享对象。

　　当存在需要大量相似对象，而这些相似对象的外部状态又可剥离，剥离后对象数将大大减少的场景需求时，可以用享元模式。

　　共享对象Flyweight的创建因交由FlyweightFactory管理，才能保证对象能够共享，用户不应该直接创建共享对象。