首页 > 编程语言 >C++ 设计模式——享元模式

C++ 设计模式——享元模式

时间:2024-08-26 18:22:35浏览次数:9  
标签:享元 draw 设计模式 对象 C++ 棋子 Position Piece

C++ 设计模式——享元模式

C++ 设计模式——享元模式

享元模式(Flyweight Pattern)是一种结构型设计模式,用于通过共享相似对象来减少内存使用和提高性能。该模式特别适用于需要大量相似对象的场景,通过将对象的状态分为内部状态和外部状态,来实现高效的对象共享。

享元模式也称为蝇量模式,旨在解决面向对象程序设计中的性能问题。享元的英文名“Flyweight”意为“轻量级”,源于拳击比赛中较轻的选手。该模式的核心目标是让对象变得“轻”,即减少内存占用。在需要某个对象时,尽量共享已经创建的同类对象,以避免频繁使用 new 创建同类或相似的对象。在对象数量非常庞大的情况下,这种共享可以显著节省内存占用并提升程序运行效率。

1. 主要组成成分

  • 抽象享元角色(Flyweight):享元对象的抽象基类或接口,定义了对象的外部状态和内部状态的接口或实现。
  • 具体享元角色(Concrete Flyweight):实现抽象享元类中的方法,是需要共享的对象类。
  • 享元工厂(Flyweight Factory):负责创建和管理享元对象,确保享元对象的共享。

2. 享元模式内部状态

  • 定义:内部状态是对象在共享时可以保持不变的状态。这些状态是可以被多个对象共享的,因此在享元模式中,内部状态通常被存储在享元对象中。
  • 特点:内部状态不依赖于具体的环境或上下文,可以在多个享元对象之间共享。例如,在棋盘游戏中,棋子的颜色(黑色或白色)就是内部状态。

3. 享元模式外部状态

  • 定义:外部状态是与具体上下文相关的状态,通常在对象使用时作为参数传递。外部状态在不同的场景下可能会变化,因此不能被共享。
  • 特点:外部状态依赖于具体的环境或上下文,通常在调用享元对象的方法时传递。例如,在棋盘游戏中,棋子的位置(如坐标)就是外部状态。

4. 逐步构建享元模式

以下是一个简单的享元模式示例,模拟一个棋盘游戏中的棋子绘制系统,其中可能会有大量相似的棋子对象。

4.1 抽象享元类定义

定义棋子的基本结构。EnumColor 枚举表示棋子的颜色,Position 结构体表示棋子的位置。Piece 是一个抽象类,定义了绘制棋子的接口。

enum EnumColor  //棋子颜色
{
    Black,  //黑
    White   //白
};

struct Position //棋子位置
{
    int m_x;
    int m_y;
    Position(int tmpx, int tmpy) :m_x(tmpx), m_y(tmpy) {} //构造函数
};

class Piece //棋子抽象类
{
public:
    virtual ~Piece() {} //做父类时析构函数应该为虚函数

public:
    virtual void draw(Position tmppos) = 0;
};
4.2 具体享元类实现

实现具体的棋子类,分别为黑色和白色棋子。每个类实现了 draw 方法,负责在指定位置绘制棋子。通过共享这些具体棋子类,减少内存使用。

class BlackPiece : public Piece //黑色棋子
{
public:
    virtual void draw(Position tmppos)
    {
        cout << "在位置:(" << tmppos.m_x << "," << tmppos.m_y << ")处绘制了一个黑色棋子!" << endl;
    }
};
class WhitePiece : public Piece //白色棋子
{
public:
    virtual void draw(Position tmppos)
    {
        cout << "在位置:(" << tmppos.m_x << "," << tmppos.m_y << ")处绘制了一个白色棋子!" << endl;
    }
};
4.3 享元工厂类实现

工厂类负责创建和管理棋子对象。它使用 std::map 存储已经创建的棋子对象,以便在需要时返回共享的对象。析构函数确保释放内存,防止内存泄漏。

class pieceFactory  //创建棋子的工厂
{
public:
    ~pieceFactory() //析构函数
    {
        //释放内存
        for (auto iter = m_FlyWeihgtMap.begin(); iter != m_FlyWeihgtMap.end(); ++iter)
        {
            Piece* tmpfw = iter->second;
            delete tmpfw;
        }
        m_FlyWeihgtMap.clear();//这句其实可有可无
    }
public:
    Piece* getFlyWeight(EnumColor tmpcolor) //获取享元对象,也就是获取被共享的棋子对象
    {
        auto iter = m_FlyWeihgtMap.find(tmpcolor);
        if (iter == m_FlyWeihgtMap.end())
        {
            //没有该享元对象,那么就创建出来
            Piece* tmpfw = nullptr;
            if (tmpcolor == Black) //黑子
            {
                tmpfw = new BlackPiece();
            }
            else //白子
            {
                tmpfw = new WhitePiece();
            }
            m_FlyWeihgtMap.insert(make_pair(tmpcolor, tmpfw));//以棋子颜色枚举值为key,增加条目到map中
            return tmpfw;
        }
        else
        {
            return iter->second;
        }
    }
private:
    //在文件头增加#include <map>
    std::map<EnumColor, Piece*> m_FlyWeihgtMap; //用map容器来保存所有的享元对象,一共就两个享元对象(黑色棋子一个,白色棋子一个)
};
4.4 主函数
int main()
{
    pieceFactory* pfactory = new pieceFactory();

    Piece* p_piece1 = pfactory->getFlyWeight(Black);
    p_piece1->draw(Position(3, 3));//黑子落子到3,3位置

    Piece* p_piece2 = pfactory->getFlyWeight(White);
    p_piece2->draw(Position(5, 5));//白子落子到5,5位置

    Piece* p_piece3 = pfactory->getFlyWeight(Black);
    p_piece3->draw(Position(4, 6));//黑子落子到4,6位置

    Piece* p_piece4 = pfactory->getFlyWeight(White);
    p_piece4->draw(Position(5, 7));//白子落子到5,7位置

    //释放资源
    delete pfactory;

    return 0;
}

执行结果:

在位置:(3,3)处绘制了一个黑色棋子!
在位置:(5,5)处绘制了一个白色棋子!
在位置:(4,6)处绘制了一个黑色棋子!
在位置:(5,7)处绘制了一个白色棋子!

5. 享元模式 UML 图

享元模式 UML 图

享元模式 UML 图解析
  • Flyweight (抽象享元类):通常是一个接口或抽象类。在该类中声明各种享元类的方法,外部状态可以作为参数传递到这些方法中。这里的抽象享元类是 Piece,方法是 draw,外部状态(棋子的位置)通过 draw 方法的参数传递。
  • Concrete Flyweight (具体享元类):抽象享元类的子类,用这些类创建的对象就是享元对象。这里指 BlackPieceWhitePiece 类。
  • Flyweight Factory (享元工厂类):用于创建并管理享元对象,存在一个享元池(一般使用 std::map 存储键值对)。当用户请求一个享元对象时,该工厂返回一个已创建的享元对象,或者如果请求的对象不存在,则新创建一个并放入享元池。

6. 享元模式的优点

  • 节省内存:通过共享相似对象,减少了内存使用,尤其在需要大量相似对象的情况下。
  • 提高性能:减少了对象的创建和销毁次数,提高了系统性能。
  • 清晰的结构:通过将共享和非共享的状态分开,代码结构更加清晰。

7. 享元模式的缺点

  • 复杂性增加:引入享元模式会增加代码的复杂性,尤其是在管理共享对象时。
  • 外部状态管理:外部状态需要单独管理,可能导致代码的可读性降低。
  • 类数量增加:每个不同的共享状态都需要一个具体的享元类,可能导致类的数量增加。

8. 适用场景

  • 大量相似对象:当系统需要创建大量相似对象时,享元模式可以有效减少内存开销。
  • 对象状态分离:对象的状态可以分为内部状态和外部状态,适合使用享元模式来管理。
  • 性能优化:在性能敏感的应用中,使用享元模式可以显著提高效率。

完整代码

#include <iostream>
#include <list>
#include <map>

using namespace std;

enum EnumColor  //棋子颜色
{
    Black,  //黑
    White   //白
};

struct Position //棋子位置
{
    int m_x;
    int m_y;
    Position(int tmpx, int tmpy) :m_x(tmpx), m_y(tmpy) {} //构造函数
};

class Piece //棋子抽象类
{
public:
    virtual ~Piece() {} //做父类时析构函数应该为虚函数

public:
    virtual void draw(Position tmppos) = 0;
};

class BlackPiece : public Piece //黑色棋子
{
public:
    virtual void draw(Position tmppos)
    {
        cout << "在位置:(" << tmppos.m_x << "," << tmppos.m_y << ")处绘制了一个黑色棋子!" << endl;
    }
};
class WhitePiece : public Piece //白色棋子
{
public:
    virtual void draw(Position tmppos)
    {
        cout << "在位置:(" << tmppos.m_x << "," << tmppos.m_y << ")处绘制了一个白色棋子!" << endl;
    }
};

class pieceFactory  //创建棋子的工厂
{
public:
    ~pieceFactory() //析构函数
    {
        //释放内存
        for (auto iter = m_FlyWeihgtMap.begin(); iter != m_FlyWeihgtMap.end(); ++iter)
        {
            Piece* tmpfw = iter->second;
            delete tmpfw;
        }
        m_FlyWeihgtMap.clear();//这句其实可有可无
    }
public:
    Piece* getFlyWeight(EnumColor tmpcolor) //获取享元对象,也就是获取被共享的棋子对象
    {
        auto iter = m_FlyWeihgtMap.find(tmpcolor);
        if (iter == m_FlyWeihgtMap.end())
        {
            //没有该享元对象,那么就创建出来
            Piece* tmpfw = nullptr;
            if (tmpcolor == Black) //黑子
            {
                tmpfw = new BlackPiece();
            }
            else //白子
            {
                tmpfw = new WhitePiece();
            }
            m_FlyWeihgtMap.insert(make_pair(tmpcolor, tmpfw));//以棋子颜色枚举值为key,增加条目到map中
            return tmpfw;
        }
        else
        {
            return iter->second;
        }
    }
private:
    //在文件头增加#include <map>
    std::map<EnumColor, Piece*> m_FlyWeihgtMap; //用map容器来保存所有的享元对象,一共就两个享元对象(黑色棋子一个,白色棋子一个)
};


int main()
{
    pieceFactory* pfactory = new pieceFactory();

    Piece* p_piece1 = pfactory->getFlyWeight(Black);
    p_piece1->draw(Position(3, 3));//黑子落子到3,3位置

    Piece* p_piece2 = pfactory->getFlyWeight(White);
    p_piece2->draw(Position(5, 5));//白子落子到5,5位置

    Piece* p_piece3 = pfactory->getFlyWeight(Black);
    p_piece3->draw(Position(4, 6));//黑子落子到4,6位置

    Piece* p_piece4 = pfactory->getFlyWeight(White);
    p_piece4->draw(Position(5, 7));//白子落子到5,7位置

    //释放资源
    delete pfactory;

    return 0;
}

标签:享元,draw,设计模式,对象,C++,棋子,Position,Piece
From: https://blog.csdn.net/qq_68194402/article/details/141537523

相关文章

  • 在 C/C++ 中使用 MY_API 宏封装动态库:一种高效的跨平台接口实现方法
    目录1.背景介绍2.MY_API宏的定义3.使用MY_API宏封装动态库4.编译和使用动态库5.结论在现代软件开发中,封装动态库(DynamicLinkLibrary,DLL)以提供可复用的功能模块已经成为一种常见的实践。然而,在开发跨平台库时,由于不同操作系统对于动态库的导出和导入机制有......
  • C++面向对象三大特性之一(继承)
    面向对象思维是编程中很重要的一个思维,众所周知面向对象编程有三大特性封装、继承、多态,今天我就来分享一下三大特性之一的继承。一、什么是继承?我们举例说明,比如你老爸的财产你可以使用,这就是继承,在面向对象中,体现为一个子类可以使用父类的成员属性和成员函数,自己不用在......
  • 什么是友元?什么可以做友元?友元能干什么?(全局函数做友元,类做友元,成员函数做友元)c/c++
    一、什么是友元例如:你的生活中有一个特别好的朋友,你允许它进入你的房间(私有场所)也允许他进入客厅(相对公有场所),但是对于其他人你是不会允许他进入你的房间的,只允许他进入客厅。类对象也有这样类似的好朋友类,可以访问本类的私有成员,这个好朋友类就叫做这个类的友元,友元也可......
  • 【NOI】C++数据结构入门之一维数组(三)元素移动
    文章目录前言一、概念1.导入2.元素移动2.1逆序2.2删除2.3插入二、例题讲解问题:1009-数组逆序问题:1162-数组元素的删除问题:1211-数组元素的插入问题:1161.元素插入有序数组问题:1159.数组元素的移动三、总结四、感谢前言在继续我们的C++数据结构学习之旅......
  • 设计模式基础
    1.面向对象设计的原则(七大原则)1.1单一职责(SPR:SingleResponsibilitiesPrinciple):一个类应只负责一个功能领域的相关职责,即只有一个使它变化的原因1.2开放闭合(OCP:Open-ClosePrinciple):软件实体应对扩展开发,对修改关闭,即实体可以扩展,但不能在原来的实体上修改1.3里氏代换(LSP:......
  • UE5蓝图 离线实时语音转文字插件 教程 c/c++插件 毫秒级响应 比http更节约资源
    UE5蓝图实现离线实时语音转文字插件教程如何用UE5蓝图实现离线实时语音转文字,实时接收麦克风音频并且快速的转换成文字。那么我来分享一下ez2txt这个插件。bilibili使用教程效果展示:蓝图:只要启动麦克风就可以了,其他的繁琐步骤插件都封装好了。参数说明Rule1_m......
  • C++智能指针
    文章目录RAIIauto_ptrunique_ptrshare_ptrshared_ptr的线程安全问题shared_ptr循环引用weak_ptrRAIIRAII(ResourceAcquisitionIsInitialization)是一种利用对象生命周期来控制程序资源(如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等)的简单技术。在对象构造时获取资源,接......
  • 学懂C++(四十四):C++ 自定义内存管理的深入解析:内存池与自定义分配器
    目录1.内存池(MemoryPool)概念模型特点核心点实现适用场景经典示例实现代码解析2.自定义分配器(CustomAllocators)概念模型特点核心点实现适用场景经典示例实现代码解析高级自定义分配器示例代码解析总结        C++作为一种高性能编程语言,在......
  • c++关键字
    关键字作用:关键字是C++中预先保留的单词(标识符)在定义变量或者常量时候,不要用关键字C++关键字如下:关键字1.asmasm(指令字符串):允许在C++程序中嵌入汇编代码。2.autoauto(自动,automatic)是存储类型标识符,表明变量"自动"具有本地范围,块范围的变量声明(如for循环体内的......
  • 设计模式2个黄鹂鸣翠柳-《分析模式》漫谈23
    DDD领域驱动设计批评文集做强化自测题获得“软件方法建模师”称号《软件方法》各章合集“AnalysisPatterns”的第一章有这么一句:The"GangofFour"bookhashadmuchmoreinfluenceinsoftwarepatternsthanAlexander'swork,and three outofthose four auth......