C++ 设计模式：享元模式（Flyweight Pattern）

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享尽可能多的相同对象来减少内存使用和提高性能。享元模式适用于大量细粒度对象的场景，这些对象之间有很多相同的部分，可以通过共享来减少内存消耗。

1.问题分析

在开发中，尤其是在需要大量细粒度对象的场景中，内存使用和性能优化是两个重要的考虑因素。例如，在图形界面、文本编辑器、游戏开发等领域，可能会有大量相似或相同的对象需要频繁创建和使用。如果每次都创建新的对象，不仅会占用大量内存，还会导致性能下降。

为了解决这些问题，我们可以结合工厂方法模式和延迟初始化来实现享元模式。具体来说，我们可以定义一个工厂类，通过延迟初始化和独立工厂函数来动态创建和缓存具体的对象。

2.实现步骤：

定义享元接口：定义一个抽象的接口，包含一个执行方法。
实现具体享元类：实现享元接口，定义具体的类。
定义独立工厂函数：定义一个独立的工厂函数，用于根据类型动态创建具体的对象。
实现享元工厂：实现一个工厂类，通过延迟初始化和独立工厂函数来动态创建和缓存具体的对象。
客户端代码：使用享元工厂获取具体对象，并执行。

3.代码示例

以机器人舞蹈动作作为示例。

3.1.定义享元接口

cpp 复制代码

// 享元接口
class DanceMove {
 public:
  virtual ~DanceMove() = default;
  virtual void execute() = 0;
};

3.2.实现具体享元类

cpp 复制代码

// 具体享元类1，抬手动作
class RaiseHand : public DanceMove {
 public:
  void execute() override { std::cout << "Executing Raise Hand Move" << std::endl; }
};

cpp 复制代码

// 具体享元类2，转身动作
class TurnAround : public DanceMove {
 public:
  void execute() override { std::cout << "Executing Turn Around Move" << std::endl; }
};

cpp 复制代码

// 具体享元类3，踢腿动作
class KickLeg : public DanceMove {
 public:
  void execute() override { std::cout << "Executing Kick Leg Move" << std::endl; }
};

3.3.定义独立工厂函数

cpp 复制代码

// 独立工厂函数
std::shared_ptr<DanceMove> createDanceMove(const std::string& type) {
  if (type == "RaiseHand") {
    return std::make_shared<RaiseHand>();
  } else if (type == "TurnAround") {
    return std::make_shared<TurnAround>();
  } else if (type == "KickLeg") {
    return std::make_shared<KickLeg>();
  } else {
    return nullptr;
  }
}

3.4.实现享元工厂类

cpp 复制代码

// 享元工厂
class DanceMoveFactory {
 public:
  // 获取舞蹈动作
  std::shared_ptr<DanceMove> getDanceMove(const std::string& type) {
    auto it = danceMoveMap_.find(type);
    if (it != danceMoveMap_.end()) {
      return it->second;
    } else {
      // 创建动作
      std::shared_ptr<DanceMove> danceMove = createDanceMove(type);
      if (danceMove) {
        danceMoveMap_[type] = danceMove;
        return danceMove;
      } else {
        throw std::runtime_error("Dance move type not recognized: " + type);
      }
    }
  }

 private:
  std::unordered_map<std::string, std::shared_ptr<DanceMove>> danceMoveMap_;
};

3.5.客户端代码

cpp 复制代码

// 客户端代码
int main() {
  DanceMoveFactory factory;

  try {
    // 获取并执行舞蹈动作
    auto raiseHand = factory.getDanceMove("RaiseHand");
    raiseHand->execute();

    auto turnAround = factory.getDanceMove("TurnAround");
    turnAround->execute();

    auto kickLeg = factory.getDanceMove("KickLeg");
    kickLeg->execute();

    // 再次获取舞蹈动作，验证是否共享了相同类型的动作对象
    auto raiseHand2 = factory.getDanceMove("RaiseHand");
    raiseHand2->execute();

    std::cout << "raiseHand address: " << raiseHand.get() << std::endl;
    std::cout << "raiseHand2 address: " << raiseHand2.get() << std::endl;

    // 尝试获取未注册的舞蹈动作
    auto unknownMove = factory.getDanceMove("UnknownMove");
    unknownMove->execute();
  } catch (const std::exception& e) {
    std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
  }

  return 0;
}