C++如何实现享元模式管理大量对象

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发布时间：2025-09-18 13:11:02

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来源于php中文网

原创

享元模式通过共享内部状态减少内存占用，C++中用工厂类结合静态map缓存实例。内部状态（如字符样式）共享存储，外部状态（如位置坐标）运行时传入，实现大量相似对象的高效管理。

c++如何实现享元模式管理大量对象

当需要创建大量相似对象时，直接实例化会消耗大量内存。享元模式通过共享相同状态的对象来减少内存占用，C++中可通过工厂类结合静态存储实现。

享元模式核心思想

将对象的状态分为内部状态和外部状态：

• 内部状态：可共享，通常作为享元对象的成员变量，不会随环境改变
• 外部状态：不可共享，由客户端在运行时传入，决定对象的行为表现

例如文本编辑器中的字符样式（字体、大小、颜色）是内部状态，位置坐标是外部状态。

基本结构实现

定义享元接口，通常包含一个操作方法接收外部状态：

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```cpp class CharacterFlyweight { public: virtual ~CharacterFlyweight() = default; virtual void display(int x, int y) const = 0; // x,y为外部状态 }; ```

具体享元类存储内部状态，构造时初始化：

```cpp class ConcreteCharacter : public CharacterFlyweight { private: char symbol; std::string font; int size;

public: ConcreteCharacter(char s, const std::string& f, int sz) : symbol(s), font(f), size(sz) {}

void display(int x, int y) const override {
    std::cout << "Draw '" << symbol << "' at (" << x << "," << y 
              << ") with font=" << font << ", size=" << size << "\n";
}

};

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享元工厂管理实例
使用静态map缓存已创建的享元对象，避免重复生成：
```cpp
class FlyweightFactory {
private:
    static std::map> pool;

public:
    static std::shared_ptr getCharacter(
        char symbol, const std::string& font, int size) {

        std::string key = std::string(1, symbol) + "_" + font + "_" + std::to_string(size);

        if (pool.find(key) == pool.end()) {
            pool[key] = std::make_shared(symbol, font, size);
        }

        return pool[key];
    }
};

// 静态成员定义
std::map> FlyweightFactory::pool;

使用示例与效果

客户端通过工厂获取享元对象，传入外部状态调用行为：

```cpp int main() { auto ch1 = FlyweightFactory::getCharacter('A', "Arial", 12); auto ch2 = FlyweightFactory::getCharacter('A', "Arial", 12); // 共享同一实例 auto ch3 = FlyweightFactory::getCharacter('B', "Arial", 12);

ch1->display(0, 0);   // 外部状态不同
ch2->display(10, 0);  // 但共享内部状态
ch3->display(20, 0);

return 0;

}

输出显示虽然创建了三个逻辑字符，但'A'只有一份内部数据，节省了存储空间。

基本上就这些。关键在于分离变与不变的部分，用工厂控制实例唯一性，适合处理重复度高的细粒度对象。

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