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C++如何使用享元模式减少对象开销

P粉602998670

发布： 2025-09-17 14:49:01

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。将对象划分为可共享的内部状态和需传入的外部状态，利用享元工厂管理共享实例，避免重复创建。适用于大量相似对象场景，如文本样式、图形图标等，提升性能但增加复杂度，需注意对象不可变性和线程安全。

c++如何使用享元模式减少对象开销

在C++中，当程序需要创建大量相似或重复的对象时，内存开销和性能损耗会显著增加。享元模式（Flyweight Pattern）通过共享可复用的对象来减少对象数量，从而降低内存使用和提升效率。它特别适用于对象中存在大量重复数据的场景，比如文本编辑器中的字符样式、游戏中的粒子效果或图形系统中的图标。

享元模式的核心思想

享元模式将对象的状态划分为“内部状态”和“外部状态”：

内部状态：可以被多个对象共享，不会随环境变化，如颜色、字体、纹理等。
外部状态：依赖于上下文，不可共享，需在使用时传入，如位置、尺寸等。

通过将内部状态提取出来集中管理，多个对象可以引用同一个共享实例，避免重复创建。

实现享元工厂与共享池

通常使用一个享元工厂来管理共享对象的创建和复用，确保相同内部状态的对象只被创建一次。

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// 字符样式作为享元对象 class CharacterStyle { public: CharacterStyle(const std::string& font, int size, const std::string& color) : font_(font), size_(size), color_(color) {}

void display() const {
    std::cout << "Font: " << font_ << ", Size: " << size_ << ", Color: " << color_ << "\n";
}

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private: std::string font; int size; std::string color_; };

// 享元工厂，负责管理和提供共享的CharacterStyle对象 class StyleFactory { public: CharacterStyle* getStyle(const std::string& font, int size, const std::string& color) { std::string key = font + std::tostring(size) + color; if (styles.find(key) == styles.end()) { styles[key] = new CharacterStyle(font, size, color); } return styles_[key]; }

~StyleFactory() {
    for (auto& pair : styles_) {
        delete pair.second;
    }
}

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private: std::unorderedmap<std::string, CharacterStyle*> styles; };

使用享元对象减少开销

在实际使用中，客户端不再直接创建对象，而是通过工厂获取共享实例，并传入外部状态（如字符位置）。

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int main() { StyleFactory factory;

// 模拟文档中多个字符使用相同样式
auto style1 = factory.getStyle("Arial", 12, "black");
auto style2 = factory.getStyle("Arial", 12, "black"); // 实际是同一个对象

std::cout << (style1 == style2 ? "Same object reused\n" : "Different objects\n");

// 使用时结合外部状态
style1->display(); // 输出样式信息
std::cout << "Position: (10, 20)\n"; // 外部状态：位置

return 0;

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}

在这个例子中，即使创建了上千个具有相同字体、大小和颜色的字符，它们都共享同一个