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享元模式(Flyweight Pattern)

概述

想想我们编辑文档用的wps,文档里文字很多都是重复的,我们不可能为每一个出现的汉字都创建独立的空间,这样代价太大,最好的办法就是共享其中相同的部分,使得需要创建的对象降到最小,这个就是享元模式的核心,即运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态(Internal State)和外蕴状态(External State)。内蕴状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变。因此内蕴状态并可以共享。

外蕴状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存,并在享元对象被创建之后,在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态与内蕴状态是相互独立的。

类图与样例

–Flyweight-Pattern

抽象享元类(Flyweight)

它是所有具体享元类的超类。为这些类规定出需要实现的公共接口,那些需要外蕴状态(Exte的操作可以通过方法的参数传入。抽象享元的接口使得享元变得可能,但是并不强制子类实行共享,因此并非所有的享元对象都是可以共享的。

具体享元类(ConcreteFlyweight)

具体享元类实现了抽象享元类所规定的接口。如果有内蕴状态的话,必须负责为内蕴状态提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关,从而使得享元对象可以在系统内共享。有时候具体享元类又称为单纯具体享元类,因为复合享元类是由单纯具体享元角色通过复合而成的。

不能共享的具体享元类(UnsharableFlyweight)

不能共享的享元类,又叫做复合享元类。一个复合享元对象是由多个单享元对象组成,这些组成的对象是可以共享的,但是复合享元类本身并不能共享。

享元工厂类(FlyweightFactoiy)

享元工厂类负责创建和管理享元对象。当一个客户端对象请求一个享元对象的时候,享元工厂需要检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象,如果已经有了,享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象;如果系统中没有适当的享元对象的话,享元工厂角色就应当创建一个新的合适的享元对象。

客户类**(Client**)

客户类需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。

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// CplusplusFlyweight.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
class Character
{
public:
virtual ~Character(){};

virtual void SetSize(int, int) = 0;
virtual void Display() = 0;
protected:
Character(){};
char m_chSymbol;
int m_nWeight;
int m_nHeight;
};

class CharacterA : public Character
{
public:
CharacterA();
virtual ~CharacterA();

void SetSize(int, int);
void Display();
};

CharacterA::CharacterA()
{
this->m_chSymbol = 'A';
this->m_nWeight = 100;
this->m_nHeight = 200;
}

CharacterA::~CharacterA()
{

}
void CharacterA::SetSize(int nWeight, int nHeight)
{
this->m_nWeight = nWeight;
this->m_nHeight = nHeight;
}
void CharacterA::Display()
{
cout << "CharacterA:" << m_chSymbol << "(" << m_nWeight << "," << m_nHeight << ")" << endl;
}

class CharacterB : public Character
{
public:
CharacterB();
virtual ~CharacterB();

void SetSize(int, int);
void Display();
};

CharacterB::CharacterB()
{
this->m_chSymbol = 'B';
this->m_nWeight = 100;
this->m_nHeight = 200;
}

CharacterB::~CharacterB()
{

}

void CharacterB::SetSize(int nWeight, int nHeight)
{
this->m_nWeight = nWeight;
this->m_nHeight = nHeight;
}

void CharacterB::Display()
{
cout << "CharacterB:" << m_chSymbol << "(" << m_nWeight << "," << m_nHeight << ")" << endl;
}

class CharacterFactory
{
public:
CharacterFactory();
virtual ~CharacterFactory();

Character* GetCharacter(char);
private:
std::map<char, Character*> m_mChar;
};

CharacterFactory::CharacterFactory()
{
m_mChar.insert(make_pair<char, Character*>('A', new CharacterA));
m_mChar.insert(make_pair<char, Character*>('B', new CharacterB));
}

CharacterFactory::~CharacterFactory()
{

}

Character* CharacterFactory::GetCharacter(char chIn)
{
map<char, Character*>::iterator it = m_mChar.find(chIn);
if(it != m_mChar.end())
{
return (Character*)it->second;
}

return NULL;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
CharacterFactory* pFactory = new CharacterFactory;

//内蕴状态 存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变
Character* ch1 = pFactory->GetCharacter('A');
ch1->Display();

//外蕴状态 客户端保存
Character* ch2 = pFactory->GetCharacter('B');
ch2->SetSize(500, 800);
ch2->Display();
return 0;
}

要点

1、面向对象很好的解决了抽象性的问题,但是作为一个运行在机器中的程序实体,我们需要考虑对象的代价问题。Flyweight设计模式主要解决面向对象的代价问题,一般不触及面向对象的抽象性问题。

2、Flyweight采用对象共享的做法来降低系统中对象的个数,从而降低细粒度对象给系统带来的内存压力。在具体实现方面,要注意对象状态的处理。

3、享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是,它做到这一点所付出的代价也是很高的:享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享,需要将一些状态外部化,这使得程序的逻辑复杂化。另外它将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

适用性

当以下所有的条件都满足时,可以考虑使用享元模式:

1、一个系统有大量的对象。

2、这些对象耗费大量的内存。

3、这些对象的状态中的大部分都可以外部化。

4、这些对象可以按照内蕴状态分成很多的组,当把外蕴对象从对象中剔除时,每一个组都可以仅用一个对象代替。

5、软件系统不依赖于这些对象的身份,换言之,这些对象可以是不可分辨的。

满足以上的这些条件的系统可以使用享元对象。最后,使用享元模式需要维护一个记录了系统已有的所有享元的表,而这需要耗费资源。因此,应当在有足够多的享元实例可供共享时才值得使用享元模式。

优缺点

享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是,它做到这一点所付出的代价也是很高的:

1、享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享,需要将一些状态外部化,这使得程序的逻辑复杂化。

2、享元模式将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间稍微变长。