设计模式简单代码之Flyweight模式

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[Flyweight模式]

官方描述：

意图
运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

适用性
1、一个应用程序使用了大量的对象。
2、完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销。
3、对象的大多数状态都可变为外部状态。
4、如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。
5、应用程序不依赖于对象标识。由于Flyweight 对象可以被共享，对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值。

我的描述：

在开始设计类的时候，很自然的根据现实情况把某些属性作为类的一部分，例如设计一个图书的管理系统，每本书都有出版社、编号、作者、价钱等的属性，所以这个书的类可以这样设计：

class Book
{
public:
string GetPublish() {return m_publishCompany;}
string GetWriter() {return m_writer;}
int GetBookID() {return m_bookID;}
int GetPrice() {return m_price;}
string GetName() {return m_name;}

void SetPublish(string &s) {m_publishCompany = s;}
void SetWriter(string &s) {m_writer = s;}
void SetBookID(int id) {m_bookID = id;}
void SetPrice(int price) {m_price = price;}
void SetName(string &s) {m_name = s;}

private:
string m_publishCompany; // 出版社
string m_writer; // 作者
int m_bookID; // 书籍编号
int m_price; // 价钱
string m_name; // 书名
};

这非常自然。但是随着系统的开发和试运行，这种设计就表现出一些不足的地方了，例如一般图书会非常多，成千上万本，在这些书中可能会有相同的出版社或者相同的作者，那对每本书来说就会重复了，也就是浪费了一些重复的空间。
如果每本书都耗费一些空间，那整个软件系统所耗费的空间是不可想象的。所以，我们就要想办法来解决这个问题。
高明的面向对象设计者就想出了这个办法，把一些相同的属性（把它叫做“享元”）提取出来，并用一个表来管理（池），这就是Flyweight模式的思想所在。好了，我们现在来看看示意图：



这里的ConcreteFlyweight就是需要共享的属性（享元），例如上面的出版社和作者，这里的UnsharedConcreteFlyweight就是
不用共享的属性（书籍编号和价钱）。

想象一下系统里面Book类的使用：
1、先看看不用共享模式：

Book book1, book2, book3;
book1.SetPublish("机械工业出版社");
book1.SetWriter("候捷");
book1.SetBookID(0000);
book1.SetPrice(20);
book1.SetName("C++好野");

book2.SetPublish("人民邮电出版社");
book2.SetWriter("候捷");
book2.SetBookID(0001);
book2.SetPrice(30);
book2.SetName("C++是好劲");

book3.SetPublish("机械工业出版社");
book3.SetWriter("一雨田");
book3.SetBookID(0002);
book3.SetPrice(50);
book3.SetName("C++无得顶，我是铁头功...");

这里有两个“机械工业出版社”和两个“候捷”，重复了。如果使用共享模式的话，这里的浪费就可以避免了。
别看这里只有两个，想象一下成千上万本书时的空间浪费...

2、使用共享模式，把出版社和作者两个属性作为享元(Fly~~Weight)
PublishFlyweightFactory pff;
WriterFlyweightFactory wff;
Book book1, book2, book3;

book1.SetPublish(pff.GetPublish("机械工业出版社")->GetName());
book1.SetWriter(wff.GetWriter("候捷")->GetName());
book1.SetBookID(0000);
book1.SetPrice(20);
book1.SetName("C++好野");

book2.SetPublish(pff.GetPublish("人民邮电出版社")->GetName());
book2.SetWriter(wff.GetWriter("候捷")->GetName());
book2.SetBookID(0001);
book2.SetPrice(30);
book2.SetName("C++是好劲");

book3.SetPublish(pff.GetPublish("机械工业出版社")->GetName());
book3.SetWriter(wff.GetWriter("一雨田")->GetName());
book3.SetBookID(0002);
book3.SetPrice(50);
book3.SetName("C++无得顶，我是铁头功...");

为什么使用了PublishFlyweightFactory和WriterFlyweightFactory之后就可以节省空间了呢？

奥妙就在于GetPublish和GetWriter的实现：

PublishFlyweight* GetPublish(string key)
{
PublishFlyweight *p;
mapPublish::iterator it;
it = mapPublish.find(key);

// 存在这个Writer
if(it != mapPublish.end() )
p = it;

else
{// 插入这个PublishFlyweight

p = new PublishFlyweight(key);
mapPublish[key] = p;
}

return p;
}

GetWriter的实现大同小异，这里就不列出来了，请看详细代码里的实现。

下面是完整的代码，可以在一个CPP文件里编译使用，由于使用CSDN提供的插入代码功能会使得整段拷贝有点问题，所以这里还是直接给出代码，并标注颜色，方便大家的拷贝：

// Flyweight.cpp

#pragma warning(disable: 4786)

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

class Book
{
public:
string GetPublish() {return *m_publishCompany;}
string GetWriter() {return *m_writer;}
int GetBookID() {return m_bookID;}
int GetPrice() {return m_price;}
string GetName() {return m_name;}

void SetPublish(string *s) {m_publishCompany = s;}
void SetWriter(string *s) {m_writer = s;}
void SetBookID(int id) {m_bookID = id;}
void SetPrice(int price) {m_price = price;}
void SetName(string &s) {m_name = s;}

private:
string *m_publishCompany; // 出版社
string *m_writer; // 作者
int m_bookID; // 书籍编号
int m_price; // 价钱
string m_name; // 书名
};

class PublishFlyweight
{
public:
PublishFlyweight(string s)
{
m_name = s;
}
string GetName()
{
return m_name;
}

private:
string m_name;
};

class PublishFlyweightFactory
{
public:
PublishFlyweight* GetPublish(string key)
{
PublishFlyweight *p;
map<string, PublishFlyweight*>::iterator it;
it = mapPublish.find(key);

// 存在这个出版社
if(it != mapPublish.end() )
{
// 这里可能有点难懂，请查阅ＳＴＬ的帮助文档
// 其实second就是指 map<string, PublishFlyweight*> 的 PublishFlyweight*
p = (*it).second;
cout << "已经有这个出版社: " << p->GetName() << " 你节省了" << strlen(p->GetName().c_str()) << "字节的空间" << endl;
}

else
{// 插入这个PublishFlyweight

p = new PublishFlyweight(key);
mapPublish[key] = p;
}

return p;
}

private:
map<string, PublishFlyweight*> mapPublish;
};

class WriterFlyweight
{
public:
WriterFlyweight(string s)
{
m_name = s;
}
string GetName()
{
return m_name;
}

private:
string m_name;
};

class WriterFlyweightFactory
{
public:
WriterFlyweight* GetWriter(string key)
{
WriterFlyweight *p;
map<string, WriterFlyweight*>::iterator it;
it = mapWriter.find(key);

// 存在这个Writer
if(it != mapWriter.end() )
{
// 这里可能有点难懂，请查阅ＳＴＬ的帮助文档
// 其实second就是指 map<string, WriterFlyweight*> 的 WriterFlyweight*
p = (*it).second;
cout << "已经有这个作者名字: " << p->GetName() << " 你节省了" << strlen(p->GetName().c_str()) << "字节的空间" << endl;
}

else
{// 插入这个PublishFlyweight

p = new WriterFlyweight(key);
mapWriter[key] = p;
}

return p;
}

private:
map<string, WriterFlyweight*> mapWriter;
};

void ShowBookInfo(Book book)
{
cout << "书名：" << book.GetName() << endl;
cout << "编号：" << book.GetBookID() << endl;
cout << "价钱：" << book.GetPrice() << endl;
cout << "出版：" << book.GetPublish() << endl;
cout << "作者：" << book.GetWriter() << endl;
cout << endl;
}

void main()
{
PublishFlyweightFactory pff;
WriterFlyweightFactory wff;
Book book1, book2, book3;

book1.SetPublish( &(pff.GetPublish("机械工业出版社")->GetName()) );
book1.SetWriter( &(wff.GetWriter("候捷")->GetName()) );
book1.SetBookID(0000);
book1.SetPrice(20);
book1.SetName(string("<<C++好野>>"));

ShowBookInfo(book1);

book2.SetPublish( &(pff.GetPublish("人民邮电出版社")->GetName()) );
book2.SetWriter( &(wff.GetWriter("候捷")->GetName()) );
book2.SetBookID(0001);
book2.SetPrice(30);
book2.SetName(string("<<C++是好劲>>"));

ShowBookInfo(book2);

book3.SetPublish( &(pff.GetPublish("机械工业出版社")->GetName()) );
book3.SetWriter( &(wff.GetWriter("一雨田")->GetName()) );
book3.SetBookID(0002);
book3.SetPrice(50);
book3.SetName(string("<<C++无得顶，我是铁头功...>>"));

ShowBookInfo(book3);
}

好了，如果你能看到这里，希望能帮助你把Flyweight模式理解了，但最好还是动手把代码拷贝到VC 里，编译运行一下，你可以看到Flyweight模式帮你节省了多少空间。谢谢！