C++中的享元模式

目录

享元模式（Flyweight Pattern）

实际应用

文字编辑器中的字符

修仙游戏中的地图瓦片

图形编辑器中的图形对象

总结

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享元模式（Flyweight Pattern）

享元模式是一种结构型设计模式，用于减少对象的内存使用和提高性能。该模式通过共享相似对象之间的公共部分来最小化内存使用。这些公共部分称为享元（Flyweight），而不同的部分称为非共享部分。

实际应用

文字编辑器中的字符

假设正在开发一个文字编辑器，这就可以使用享元模式来共享文本中重复出现的字符，减少内存使用。

#include 
#include 
#include 
 
// 享元类：字符
class Character {
private:
    char symbol;
    // 非共享状态可以作为外部状态
    int fontSize;
public:
    Character(char symbol, int fontSize) : symbol(symbol), fontSize(fontSize) {}
 
    void display(int position) const {
        std::cout << "Character '" << symbol << "' displayed at position " << position
                  << " with font size " << fontSize << "\n";
    }
};
 
// 享元工厂类
class CharacterFactory {
private:
    std::unordered_map<char, std::shared_ptr> characters;
public:
    std::shared_ptr getCharacter(char symbol, int fontSize) {
        if (characters.find(symbol) == characters.end()) {
            characters[symbol] = std::make_shared(symbol, fontSize);
        }
        return characters[symbol];
    }
};
 
int main() {
    CharacterFactory characterFactory;
    // 使用享元工厂创建并共享字符
    auto char1 = characterFactory.getCharacter('A', 12);
    auto char2 = characterFactory.getCharacter('B', 12);
    auto char3 = characterFactory.getCharacter('A', 14);
    auto char4 = characterFactory.getCharacter('B', 12);
 
    char1->display(1);
    char2->display(2);
    char3->display(3);
    char4->display(4);
 
    return 0;
}

修仙游戏中的地图瓦片

假设游戏中有许多地图瓦片，这就可以使用享元模式来共享相同类型的地图瓦片。

#include 
#include 
#include 
 
// 享元类：地图瓦片
class MapTile {
private:
    int type;
    // 非共享状态可以作为外部状态
    int x, y;
public:
    MapTile(int type, int x, int y) : type(type), x(x), y(y) {}
 
    void draw() const {
        std::cout << "Drawing map tile of type " << type << " at position (" << x << ", " << y << ")\n";
    }
};
 
// 享元工厂类
class MapTileFactory {
private:
    std::unordered_map<int, std::shared_ptr> mapTiles;
public:
    std::shared_ptr getMapTile(int type, int x, int y) {
        int key = type * 10000 + x * 100 + y;
        if (mapTiles.find(key) == mapTiles.end()) {
            mapTiles[key] = std::make_shared(type, x, y);
        }
        return mapTiles[key];
    }
};
 
int main() {
    MapTileFactory mapTileFactory;
    // 使用享元工厂创建并共享地图瓦片
    auto tile1 = mapTileFactory.getMapTile(1, 0, 0);
    auto tile2 = mapTileFactory.getMapTile(2, 1, 0);
    auto tile3 = mapTileFactory.getMapTile(1, 0, 0);
    auto tile4 = mapTileFactory.getMapTile(2, 1, 0);
 
    tile1->draw();
    tile2->draw();
    tile3->draw();
    tile4->draw();
 
    return 0;
}

图形编辑器中的图形对象

假设正在开发一个图形编辑器，编辑器中有许多图形对象。这时候就可以使用享元模式来共享相同类型的图形对象。

#include 
#include 
#include 
 
// 享元类：图形对象
class Shape {
protected:
    std::string type;
    // 非共享状态可以作为外部状态
    int x, y;
public:
    Shape(const std::string& type, int x, int y) : type(type), x(x), y(y) {}
 
    virtual void draw() const = 0;
};
 
// 具体享元类：圆形
class Circle : public Shape {
public:
    Circle(int x, int y) : Shape("Circle", x, y) {}
 
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing " << type << " at position (" << x << ", " << y << ")\n";
    }
};
 
// 享元工厂类
class ShapeFactory {
private:
    std::unordered_map> shapes;
public:
    std::shared_ptr getShape(const std::string& type, int x, int y) {
        if (shapes.find(type) == shapes.end()) {
            if (type == "Circle") {
                shapes[type] = std::make_shared(x, y);
            } // 可以添加更多类型的图形对象
        }
        return shapes[type];
    }
};
 
int main() {
    ShapeFactory shapeFactory;
    // 使用享元工厂创建并共享图形对象
    auto circle1 = shapeFactory.getShape("Circle", 0, 0);
    auto circle2 = shapeFactory.getShape("Circle", 1, 1);
    auto circle3 = shapeFactory.getShape("Circle", 0, 0);
    auto circle4 = shapeFactory.getShape("Circle", 1, 1);
 
    circle1->draw();
    circle2->draw();
    circle3->draw();
    circle4->draw();
 
    return 0;
}

总结

享元模式可以在减少内存使用和提高性能方面发挥作用，因为享元模式可以有效地共享相似对象之间的公共部分，从而减少内存占用。