c++如何实现一个享元设计模式_c++ Flyweight模式节约内存-C++-PHP中文网

c++如何实现一个享元设计模式_c++ Flyweight模式节约内存

裘德小鎮的故事

发布： 2025-12-02 09:46:02

原创

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享元模式通过共享内部状态减少内存使用，如示例中多棵树共享相同TreeType实例，仅外部位置不同，从而在大量相似对象场景下显著降低内存开销。

c++如何实现一个享元设计模式_c++ flyweight模式节约内存

在C++中，享元（Flyweight）模式是一种用于减少内存使用的设计模式，特别适用于大量相似对象的场景。它的核心思想是共享尽可能多的相同数据，把不变的部分提取为“内部状态”，而将变化的部分作为“外部状态”传入，避免重复创建对象。

享元模式的核心结构

享元模式通常包含以下几个部分：

Flyweight（抽象享元类）：定义接口，描述操作外部状态的方法。
ConcreteFlyweight（具体享元类）：实现Flyweight接口，并存储内部状态（可共享）。
UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元）：某些情况下不需要共享的对象，可选。
FlyweightFactory（享元工厂）：负责管理享元对象，通过键值缓存已创建的实例，避免重复创建。

一个实际的C++实现示例

假设我们要绘制森林中的树，每棵树有种类（type）、颜色、高度等属性。其中“种类”和“颜色”是固定的，可以共享；而“位置（x, y）”是变化的，应作为外部状态传入。

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#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <memory>
<p>// 抽象享元类
class TreeType {
public:
std::string type;
std::string color;</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>TreeType(const std::string& t, const std::string& c) : type(t), color(c) {}

void draw(int x, int y) const {
    std::cout << "Drawing " << color << " " << type 
              << " at (" << x << ", " << y << ")\n";
}

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};

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// 享元工厂 class TreeFactory { private: static std::map<std::string, std::shared_ptr<TreeType>> pool;

// 生成唯一键
static std::string getKey(const std::string& type, const std::string& color) {
    return type + "_" + color;
}

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public: static std::shared_ptr<TreeType> getTreeType(const std::string& type, const std::string& color) { std::string key = getKey(type, color); if (pool.find(key) == pool.end()) { pool[key] = std::make_shared<TreeType>(type, color); std::cout << "Created new TreeType: " << key << "\n"; } return pool[key]; } };

// 静态成员初始化 std::map<std::string, std::shared_ptr<TreeType>> TreeFactory::pool;

// 外层封装类：代表一棵树 class Tree { private: int x, y; std::shared_ptr<TreeType> type;

public: Tree(int x, int y, const std::shared_ptr<TreeType>& type) : x(x), y(y), type(type) {}

void draw() const {
    type->draw(x, y);
}

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};

// 森林类，包含多棵树 class Forest { private: std::vector<Tree> trees;

public: void plantTree(int x, int y, const std::string& type, const std::string& color) { auto treeType = TreeFactory::getTreeType(type, color); trees.emplace_back(x, y, treeType); }

void draw() const {
    for (const auto& tree : trees) {
        tree.draw();
    }
}

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};

使用示例：

int main() {
    Forest forest;
    forest.plantTree(1, 2, "Oak", "Green");
    forest.plantTree(3, 4, "Oak", "Green");  // 共享同一个 TreeType
    forest.plantTree(5, 6, "Pine", "DarkGreen");
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>forest.draw();

return 0;

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}