C++ 设计模式之享元模式

设计模式之享元模式
　　享元模式，运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。面向对象技术可以很好地解决一些灵活性或扩展性问题，但在很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数。当对象数量太多时，将导致运行代价过高，带来性能下降等问题。享元模式正式为了解决这依赖问题而诞生的。享元模式通过共享技术实现相同或相似对象的重用，示意图如下（我们可以公用一个Hello world对象，其中字符串“Hello world”为内部状态，可共享：字体颜色为外部状态，不可共享，由客户端设定）该部分这个bolg写的很好：

　　在享元模式中可以共享的相同内容成为内部状态，而那些需要外部环境来设置的不能共享的内容称为外部状态，其中外部状态和内部状态是相互独立的，外部状态的变化不会引起内部状态的变化。由于区分了内部状态和外部状态，因此可以通过设置不同的外部状态使得相同的对象可以具有一些不同的特征，而相同的内部状态是可以共享的。也就是说，享元模式的本质是分离与共享：分离变与不变，并且共享不变。把一个独享的状态分为内部状态和外部状态，内部状态即是不变的，外部状态时变化的；然后通过共享不变的部分，达到减少对象数量并节约内存的目的。

　　在享元模式中通常会出现工厂模式，需要创建一个享元工厂来负责维护一个享元池（用于存储具有相同内部状态的享元对象）。在享元模式中，共享的是享元对象的内部状态，外部状态需要通过环境来设置。在实际使用中，能够共享的内部状态是有限的，因此享元对象一般都设计为较小的对象，它所包含的内部状态较少，这种对象也成为细粒度对象。比如在C++中的常量字符串。python中的小整数，应该都是这种模式。其UML图如下：

// FlyweightModel.h文件
#pragma once
#include <iostream>
#include <map>
#include <utility>

class Flyweight
{
public:
    virtual void Operation(int n) = 0;
};

class ConcreteFlyweight_0 : public Flyweight
{
public:
    void Operation(int n)
    {
        std::cout << "ConcreteFlyweight_0:" << n << std::endl;
    }
};

class ConcreteFlyweight_1 : public Flyweight
{
public:
    void Operation(int n)
    {
        std::cout << "ConcreteFlyweight_1:" << n << std::endl;
    }
};

class ConcreteFlyweight_2 : public Flyweight
{
public:
    void Operation(int n)
    {
        std::cout << "ConcreteFlyweight_2:" << n << std::endl;
    }
};
// 享元工厂
class FlyweightFactory
{
private:
    std::map<int, Flyweight *> m_map;
public:
    FlyweightFactory()
    {
        m_map.insert(std::pair<int, Flyweight *>(0, new ConcreteFlyweight_0()));
        m_map.insert(std::pair<int, Flyweight *>(1, new ConcreteFlyweight_1()));
        m_map.insert(std::pair<int, Flyweight *>(2, new ConcreteFlyweight_2()));
    }
    ~FlyweightFactory()
    {
        for (auto it = m_map.begin(); it != m_map.end(); it++)
        {
            delete it->second;
        }
        m_map.clear();
    }
    Flyweight * getFlyweight(int n)
    {
        return m_map[n];
    }
};

测试代码如下：

#include <iostream>
#include "FlyweightModel.h"

int main()
{
    using namespace std;
    // 享元模式
    int externState = 0;
    FlyweightFactory * p = new FlyweightFactory();

    Flyweight * f0 = p->getFlyweight(0);
    f0->Operation(externState++);
    Flyweight * f1 = p->getFlyweight(1);
    f1->Operation(externState++);
    Flyweight * f2 = p->getFlyweight(2);
    f2->Operation(externState++);
    Flyweight * f3 = p->getFlyweight(0);
    f3->Operation(externState++);
    delete p;

    getchar();
    return 0;
}

测试结果如下图：