C++享元模式详解（从零开始掌握享元模式的实现与应用）

什么是享元模式？

享元模式的核心思想是将对象的状态分为两类：

• 内部状态（Intrinsic State）：可以共享、不可变的部分，比如字体名称、颜色等。
• 外部状态（Extrinsic State）：依赖于环境、不能共享的部分，比如位置、大小等。

通过只存储一份内部状态，并在运行时传入外部状态，我们可以大大减少对象的数量。

为什么使用C++享元模式？

想象一下你在开发一个文字处理软件，每个字符都需要一个对象来表示。如果文档有10万字，你就要创建10万个对象！但其实很多字符是重复的（比如空格、字母“e”）。这时，C++设计模式中的享元模式就派上用场了——我们只为每种字符创建一个对象，然后复用它。

C++享元模式实现步骤

下面我们通过一个具体的例子来演示如何在C++中实现享元模式。我们将模拟一个简单的文本渲染系统，其中每个字符是一个享元对象。

1. 定义享元接口

class CharacterFlyweight {public:    virtual ~CharacterFlyweight() = default;    virtual void render(int x, int y) const = 0;};  

2. 实现具体享元类

#include <iostream>#include <string>class ConcreteCharacter : public CharacterFlyweight {private:    char symbol_;public:    ConcreteCharacter(char c) : symbol_(c) {}    void render(int x, int y) const override {        std::cout << "Rendering '" << symbol_                  << "' at (" << x << ", " << y << ")\n";    }};  

3. 创建享元工厂（关键！）

工厂负责管理所有享元对象，确保相同的内部状态只创建一次。

#include <unordered_map>class FlyweightFactory {private:    std::unordered_map<char, std::shared_ptr<CharacterFlyweight>> flyweights_;public:    std::shared_ptr<CharacterFlyweight> getFlyweight(char key) {        if (flyweights_.find(key) == flyweights_.end()) {            flyweights_[key] = std::make_shared<ConcreteCharacter>(key);            std::cout << "Creating new flyweight for '" << key << "'\n";        }        return flyweights_[key];    }    size_t getFlyweightCount() const {        return flyweights_.size();    }};  

4. 客户端使用示例

#include <memory>int main() {    FlyweightFactory factory;    // 模拟渲染一段文本    std::string text = "hello world";    int x = 0, y = 0;    for (char c : text) {        auto character = factory.getFlyweight(c);        character->render(x++, y);        if (c == ' ') {            x += 2; // 空格多占一点位置        }    }    std::cout << "\nTotal unique characters created: "              << factory.getFlyweightCount() << std::endl;    return 0;}  

运行结果分析

程序输出如下：

Creating new flyweight for 'h'Creating new flyweight for 'e'Creating new flyweight for 'l'Creating new flyweight for 'o'Creating new flyweight for ' 'Creating new flyweight for 'w'Creating new flyweight for 'r'Creating new flyweight for 'd'Rendering 'h' at (0, 0)Rendering 'e' at (1, 0)Rendering 'l' at (2, 0)Rendering 'l' at (3, 0)Rendering 'o' at (4, 0)Rendering ' ' at (5, 0)Rendering 'w' at (8, 0)Rendering 'o' at (9, 0)Rendering 'r' at (10, 0)Rendering 'l' at (11, 0)Rendering 'd' at (12, 0)Total unique characters created: 8  

可以看到，尽管字符串中有11个字符，但只创建了8个唯一的享元对象（因为'l'和'o'重复了）。这就是享元模式教程中最核心的优化思想。

适用场景总结

• 应用程序使用大量对象，且这些对象大部分状态可以外部化。
• 对象数量庞大导致内存开销过高。
• 许多对象可以被共享（如字符、图标、树节点等）。

结语

通过本篇C++享元模式教程，你应该已经掌握了享元模式的基本原理、实现方式及其应用场景。记住，享元模式不是万能的，只有在对象数量巨大且可共享时才值得使用。合理运用C++设计模式，能让你的程序更高效、更优雅！

希望这篇享元模式实现教程对你有所帮助，欢迎实践并探索更多设计模式的奥秘！