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C++享元模式优化共享细粒度对象

P粉602998670

发布： 2025-08-20 12:35:01

原创

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享元模式通过共享内部状态减少对象数量，降低内存开销；C++中利用工厂和哈希容器管理共享池，结合外部状态实现高效对象复用，适用于文本、图形等大量相似对象场景。

c++享元模式优化共享细粒度对象

在C++中，享元模式（Flyweight Pattern）用于优化性能，特别是在需要创建大量相似对象的场景下。通过共享细粒度对象，减少内存占用和对象创建开销，从而提升程序效率。这种模式特别适用于对象中存在大量可共享的“内部状态”，而仅有少量变化的“外部状态”。

享元模式的核心思想

享元模式将对象的状态划分为两类：

内部状态（Intrinsic State）：可以被共享，不会随环境改变，通常在享元对象创建时确定。
外部状态（Extrinsic State）：依赖于上下文，不可共享，由客户端在调用时传入。

通过分离这两类状态，多个对象可以共享同一个内部状态实例，避免重复创建相同内容的对象。

应用场景与优化目标

常见适用场景包括：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

文本编辑器中字符格式对象（字体、颜色等可共享）
图形系统中图标或样式对象
游戏中大量相同类型的敌人或道具

目标是减少内存中重复对象的数量，降低构造/析构开销，提高缓存局部性。

实现方式：享元工厂与共享池

使用工厂类管理享元对象的创建和共享，确保相同内部状态只创建一次。

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class CharacterStyle {
    std::string font;
    int size;
    std::string color;
<p>public:
CharacterStyle(const std::string& f, int s, const std::string& c)
: font(f), size(s), color(c) {}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>void display() const {
    std::cout << "Font: " << font << ", Size: " << size << ", Color: " << color << "\n";
}

// 支持比较，用于查找是否已存在相同样式
bool operator==(const CharacterStyle& other) const {
    return font == other.font && size == other.size && color == other.color;
}

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};

// 用于哈希查找 struct StyleHash { size_t operator()(const CharacterStyle& s) const { return std::hash<:string>{}(s.font) ^ std::hash{}(s.size) ^ std::hash<:string>{}(s.color); } };

class StyleFlyweightFactory { std::unordered_set<CharacterStyle, StyleHash> pool;

public: const CharacterStyle getStyle(const std::string& font, int size, const std::string& color) { CharacterStyle temp(font, size, color); auto it = pool.find(temp); if (it != pool.end()) { return &(it); // 返回已存在的引用 } else { pool.emplace(temp); auto newIt = pool.find(temp); return &(*newIt); } } };

工厂内部使用

unordered_set

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管理唯一实例，避免重复创建。客户端获取的是指向共享对象的指针，节省内存。

结合外部状态使用享元对象

享元对象本身不保存位置、内容等外部状态，这些由客户端在运行时传入。

class Character {
    char value;
    const CharacterStyle* style; // 共享的内部状态
    int x, y; // 外部状态：位置
<p>public:
Character(char val, const CharacterStyle* s, int posX, int posY)
: value(val), style(s), x(posX), y(posY) {}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>void draw() const {
    std::cout << "Drawing '" << value << "' at (" << x << "," << y << ") with style: ";
    style->display();
}

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};

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