設計模式 結構型模式 6 享元模式

2022-02-20 12:20:34 字數 3463 閱讀 7497

在物件導向程式設計過程中,有時會面臨要建立大量相同或相似物件例項的問題。建立那麼多的物件將會耗費很多的系統資源,它是系統效能提高的乙個瓶頸。

例如,圍棋和五子棋中的黑白棋子,影象中的座標點或顏色,區域網中的路由器、交換機和集線器,教室裡的桌子和凳子等。這些物件有很多相似的地方,如果能把它們相同的部分提取出來共享,則能節省大量的系統資源,這就是享元模式的產生背景。

享元(flyweight)模式的定義:運用共享技術來有效地支援大量細粒度物件的復用。它通過共享已經存在的物件來大幅度減少需要建立的物件數量、避免大量相似類的開銷,從而提高系統資源的利用率。

享元模式的主要優點是:相同物件只要儲存乙份,這降低了系統中物件的數量,從而降低了系統中細粒度物件給記憶體帶來的壓力。

其主要缺點是:

享元模式的定義提出了兩個要求,細粒度和共享物件。因為要求細粒度,所以不可避免地會使物件數量多且性質相近,此時我們就將這些物件的資訊分為兩個部分:內部狀態和外部狀態。

比如,連線池中的連線物件,儲存在連線物件中的使用者名稱、密碼、連線url等資訊,在建立物件的時候就設定好了,不會隨環境的改變而改變,這些為內部狀態。而當每個連線要被**利用時,我們需要將它標記為可用狀態,這些為外部狀態。

享元模式的本質是快取共享物件,降低記憶體消耗。

模式的結構

享元模式的主要角色有如下。

下圖是享元模式的結構圖,其中:

享元模式的實現**如下:

#include #include #include using namespace std;

// 非享元角色

class unsharedconcreteflyweight

string getinfo()

void setinfo(string info)

private:

string info;

};// 抽象享元角色

class flyweight

virtual string getintrinsicstate() {}

};// 具體享元角色

class concreteflyweight: public flyweight

void operation(unsharedconcreteflyweight *outstate)

string getintrinsicstate()

protected:

string key;

};// 享元工廠角色

class flyweightfactory

flyweight* getflyweight(const string& key)

}flyweight* fn = new concreteflyweight(key);

_fly.push_back(fn);

// 返回具體享元

return fn;

}private:

vector_fly;

};int main()

程式執行結果如下:

具體享元a被建立!

具體享元a已經存在,被成功獲取!

具體享元a已經存在,被成功獲取!

具體享元b被建立!

具體享元b已經存在,被成功獲取!

具體享元a被呼叫,非享元資訊是:第1次呼叫a。

具體享元a被呼叫,非享元資訊是:第2次呼叫a。

具體享元a被呼叫,非享元資訊是:第3次呼叫a。

具體享元b被呼叫,非享元資訊是:第1次呼叫b。

具體享元b被呼叫,非享元資訊是:第2次呼叫b。

**說明:享元模式在實現過程中主要是要為共享物件提供乙個存放的"倉庫"(物件池),這裡是通過 c++ stl 中 vector 容器。

另外應該注意的就是對物件"倉庫"(物件池)的管理策略(查詢、插入等),這裡是通過直接的順序遍歷實現的,當然我們可以使用其他更加有效的索引策略,例如 hash 表的管理策略,當然這些細節已經不是享元模式本身要處理的了。

五子棋同圍棋一樣,包含多個「黑」或「白」顏色的棋子,所以用享元模式比較好。

下圖所示是其結構圖:

程式**如下:

#include #include #include #include using namespace std;

// 非享元角色:棋子所下的位置座標

class point

int getx()

int gety()

private:

int x;

int y;

};// 抽象享元角色:棋子

class chesspieces // 下子

protected:

string color;

};// 具體享元角色:白子

class whitepieces: public chesspieces

};// 具體享元角色:黑子

class blackpieces: public chesspieces

};// 享元工廠角色

class flyweightfactory

// 返回抽象享元角色:棋子

chesspieces* getchesspieces(const string& type)

else if (type == "b") else

}private:

vectorvecfly;

};int main()

輸出如下:

downpieces: black 10,20

downpieces: black 30,40

downpieces: white 50,60

downpieces: white 70,80

當系統中多處需要同一組資訊時,可以把這些資訊封裝到乙個物件中,然後對該物件進行快取,這樣,乙個物件就可以提供給多出需要使用的地方,避免大量同一物件的多次建立,降低大量記憶體空間的消耗。

享元模式其實是工廠方法模式的乙個改進機制,享元模式同樣要求建立乙個或一組物件,並且就是通過工廠方法模式生成物件的,只不過享元模式為工廠方法模式增加了快取這一功能。

前面分析了享元模式的結構與特點,下面分析它適用的應用場景。享元模式是通過減少記憶體中物件的數量來節省記憶體空間的,所以以下幾種情形適合採用享元模式。

在前面介紹的享元模式中,其結構圖通常包含可以共享的部分和不可以共享的部分。在實際使用過程中,有時候會稍加改變,即存在兩種特殊的享元模式:單純享元模式和復合享元模式,下面分別對它們進行簡單介紹:

參考:

知乎 - 如何學習設計模式? 熱門回答

享元模式(詳解版)

c++享元模式

菜鳥教程 - 設計模式篇

結構型模式(6) 享元模式

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