设计模式之享元（flyweight）模式

　　现在在大力推行节约型社会，“浪费可耻，节俭光荣”。在软件系统中，有时候也会存在资源浪费的情况，例如，在计算机内存中存储了多个完全相同或者非常相似的对象，如果这些对象的数量太多将导致系统运行代价过高。那么，是否存在一种技术可以用于节约内存使用空间，实现对这些相同或者相似对象的共享访问呢？答案是肯定的，这种技术就是享元模式。

一 享元模式概述

1.1 享元模式简介

享元（Flyweight）模式：运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式，是一种结构型模式。

1.2 享元模式需求

　　M公司开发部欲开发一个围棋软件，其界面效果如下图所示：

　　M公司开发人员通过对围棋软件进行分析，发现在围棋棋盘中包含大量的黑子和白子，它们的形状、大小都一模一样，只是出现的位置不同而已。如果将每一个棋子都作为一个独立的对象存储在内存中，将可能导致该围棋软件在运行时所需要的内存空间较大。

　　如何降低运行代价、提高系统性能是M公司开发人员需要解决的一个问题。为此，M公司开发人员决定使用享元模式来设计该软件。

1.3 类图

　　

1.4 代码实现

1.4.1 抽象棋子类

#pragma once

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
class AbstractPiece
{
public:
    AbstractPiece(){}
    ~AbstractPiece(){}

    virtual string GetColor() = 0;
    virtual void Display(CCoordinates *pCoodinates) = 0;
};

1.4.2 白色棋子类

class WritePiece : public AbstractPiece
{
public:
    WritePiece()
    {
        cout << "WritePiece Construct" << endl;
    }
    ~WritePiece()
    {
        cout << "WritePiece Deconstruct" << endl;
    }

    string GetColor()
    {
        return "white";
    }

    void Display(CCoordinates *pCoodinates)
    {
        cout << "棋子颜色："<< GetColor() << "," << 
            "棋子坐标:" << pCoodinates->m_x << "," << pCoodinates->m_y << endl;
    }
};

1.4.5 黑色棋子类

class BlackPiece : public AbstractPiece
{
public:
    BlackPiece()
    {
        cout << "BlackPiece Construct" << endl;
    }
    ~BlackPiece()
    {
        cout << "BlackPiece Deconstruct" << endl;
    }

    string GetColor()
    {
        return "black";
    }

    void Display(CCoordinates *pCoodinates)
    {
        cout << "棋子颜色："<< GetColor() << "," << 
            "棋子坐标:" << pCoodinates->m_x << "," << pCoodinates->m_y << endl;
    }
};

1.4.6 棋子外部状态类

class CCoordinates
{
public:
    CCoordinates(int x, int y)
    {
        m_x = x;
        m_y = y;
    }
    ~CCoordinates(){}

public:
    int m_x;
    int m_y;
};

1.4.7 棋子工厂类（单例）

#pragma once

#include "flyweight.h"
#include <map>
using namespace std;

class CPieceFactor
{
private:
    CPieceFactor();
    ~CPieceFactor();

public:
    //static CPieceFactor* GetPieceFactorInstance();
    static AbstractPiece* CreatePiece( string strColor );
private:
    typedef map<string, AbstractPiece*> PIECEMAP;
    static PIECEMAP m_PieceVect;
    static CPieceFactor *m_pPieceFactor;
};

#include "PieceFactor.h"

// 饥饿模式的单例模式
CPieceFactor::PIECEMAP CPieceFactor::m_PieceVect;
CPieceFactor * CPieceFactor::m_pPieceFactor = new CPieceFactor();
CPieceFactor::CPieceFactor()
{
    AbstractPiece *pWrite = new WritePiece();
    m_PieceVect.insert(make_pair<string, AbstractPiece*>("write", pWrite));
    AbstractPiece *pBlack = new BlackPiece();
    m_PieceVect.insert(make_pair<string, AbstractPiece*>("black", pBlack));
}

CPieceFactor::~CPieceFactor()
{
    PIECEMAP::iterator iter;
    for (iter = m_PieceVect.begin(); iter != m_PieceVect.end(); iter ++)
    {
        delete iter->second;
    }
}

AbstractPiece* CPieceFactor::CreatePiece( string strColor )
{
    return m_PieceVect[strColor];
}

1.5 测试

#include "stdio.h"

#include "PieceFactor.h"

void main()
{
    // 通过享元工厂获取3颗黑子
    AbstractPiece *pPiece1 = CPieceFactor::CreatePiece("black");
    AbstractPiece *pPiece2 = CPieceFactor::CreatePiece("black");
    AbstractPiece *pPiece3 = CPieceFactor::CreatePiece("black");

    string strCmp;
    strCmp = pPiece1 == pPiece2 ? "相同":"不相同";
    cout << "判断两颗黑子是否相同：" << strCmp.c_str() <<endl;

     // 通过享元工厂获取2颗白子
    AbstractPiece *pPiece4 = CPieceFactor::CreatePiece("write");
    AbstractPiece *pPiece5 = CPieceFactor::CreatePiece("write");
    strCmp = pPiece1 == pPiece2 ? "相同":"不相同";
    cout << "判断两颗白字是否相同：" << strCmp.c_str() <<endl;
    
    // 显示棋子
    pPiece1->Display(new CCoordinates(1,2));
    pPiece2->Display(new CCoordinates(3, 4));
    pPiece3->Display(new CCoordinates(1, 3));
    pPiece4->Display(new CCoordinates(2, 5));
    pPiece5->Display(new CCoordinates(2, 4));

    return;
}

二 享元模式总结

2.1 主要优点

　　可以极大减少内存中对象的数量，使得相同或相似对象在内存中只有一份 => 节省系统资源，提高系统性能！棒棒哒！

2.2 主要缺点

　　为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的部分状态外部化，而读取外部状态将使得运行时间变长！

2.3 应用场景

　　（1）一个系统有大量相同或相似的对象，造成了系统内存的大量损耗 => 赶紧使用享元模式吧！

　　（2）对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。

　　（3）要维护享元模式，需要耗费一定的系统资源，因为在需要时会多次重复使用才值得使用享元模式了！