11.享元模式
设计模式——享元模式
一、基本概念
1. 定义
享元模式（英语：Flyweight Pattern）是一种软件设计模式。它使用物件用来尽可能减少内存使用量；于相似物件中分享尽可能多的资讯。当大量物件近乎重复方式存在，因而使用大量内存时，此法适用。通常物件中的部分状态(state)能够共享。常见做法是把它们放在数据结构外部，当需要使用时再将它们传递给享元。
2. 优缺点
优点：
- 相同对象只要保存一份，这降低了系统中对象的数量，从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。
缺点：
- 为了使对象可以共享，需要将一些不能共享的状态外部化，这将增加程序的复杂性；
- 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。
3. 结构
- 抽象享元（Flyweight）角色：是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入；
- 具体享元（Concrete Flyweight）角色：实现抽象享元角色中所规定的接口；
- 非享元（Unsharable Flyweight）角色：是不可以共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中；
- 享元工厂（Flyweight Factory）角色：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。
classDiagram
class Flyweight {
<<abstract>>
+operation(UnsharedConcreteFlyweight state) void
}
class ConcreteFlyweight {
-string intrinsicState
+operation(UnsharedConcreteFlyweight state) void
}
class UnsharedConcreteFlyweight {
-string extrinsicState
}
class FlyweightFactory {
-Map flyweights
+getFlyweight(string key) Flyweight
}
Flyweight <|-- ConcreteFlyweight
FlyweightFactory o--> Flyweight : 共享缓存
ConcreteFlyweight ..> UnsharedConcreteFlyweight : 外部状态注入
二、代码实现
非享元角色
抽象享元角色是不可以共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中：
#include <string>
class UnsharedConcreteFlyweight {public: explicit UnsharedConcreteFlyweight(std::string info) : info(std::move(info)) {}
std::string getInfo() const { return info; }
void setInfo(std::string info) { this->info = std::move(info); }
private: std::string info;};抽象享元角色
抽象享元角色是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入：
class Flyweight {public: virtual ~Flyweight() = default; virtual void operation(const UnsharedConcreteFlyweight& state) = 0;};具体享元角色
具体享元角色实现抽象享元角色中所规定的接口：
#include <iostream>#include <string>
class ConcreteFlyweight : public Flyweight {public: explicit ConcreteFlyweight(const std::string& key) : key(key) { std::cout << "具体享元" << key << "被创建！" << std::endl; }
void operation(const UnsharedConcreteFlyweight& state) override { std::cout << "具体享元" << key << "被调用，"; std::cout << "非享元信息是:" << state.getInfo() << std::endl; }
private: std::string key;};享元工厂角色
享元工厂角色负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象：
#include <iostream>#include <memory>#include <string>#include <unordered_map>
class FlyweightFactory {public: Flyweight* getFlyweight(const std::string& key) { Flyweight* flyweight = nullptr; auto it = flyweightHashMap.find(key); if (it != flyweightHashMap.end()) { flyweight = it->second.get(); std::cout << "具体享元" << key << "已经存在，被成功获取！" << std::endl; } else { auto concrete = std::make_unique<ConcreteFlyweight>(key); flyweight = concrete.get(); flyweightHashMap.emplace(key, std::move(concrete)); } return flyweight; }
private: std::unordered_map<std::string, std::unique_ptr<Flyweight>> flyweightHashMap;};客户类
int main() { FlyweightFactory factory; Flyweight* f01 = factory.getFlyweight("a"); Flyweight* f02 = factory.getFlyweight("a"); Flyweight* f11 = factory.getFlyweight("b"); Flyweight* f12 = factory.getFlyweight("b");
f01->operation(UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用a。")); f02->operation(UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用a。")); f11->operation(UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用b。")); f12->operation(UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用b。"));}运行结果：
具体享元a被创建！具体享元a已经存在，被成功获取！具体享元b被创建！具体享元b已经存在，被成功获取！具体享元a被调用，非享元信息是:第1次调用a。具体享元a被调用，非享元信息是:第2次调用a。具体享元b被调用，非享元信息是:第1次调用b。具体享元b被调用，非享元信息是:第2次调用b。参考：
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