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C++享元模式内部状态与外部状态分离

P粉602998670

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发布时间:2025-09-17 12:31:01

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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、分离外部状态来减少内存开销。内部状态(如字体、字号)不可变且被共享,存储于享元对象中;外部状态(如位置坐标)可变,由客户端调用时传入。例如,文本编辑器中多个字符共用同一 TextStyle 对象表示样式,但每次 display 调用传入不同坐标。StyleFactory 工厂缓存已创建的享元实例,避免重复创建。正确区分内外状态是实现高效共享的关键。

c++享元模式内部状态与外部状态分离

享元模式(Flyweight Pattern)在C++中主要用于减少大量相似对象的内存开销。它的核心思想是:将对象中不变的部分(内部状态)共享,而将变化的部分(外部状态)从对象中剥离,由客户端在运行时传入。

内部状态(Intrinsic State)

内部状态是存储在享元对象内部、不会随环境改变的状态。它是共享的基础,通常在创建享元对象时初始化,并在整个生命周期中保持不变。

例如,在文本编辑器中表示字符样式时,字体、字号、颜色等可以作为内部状态。这些信息被多个字符实例共用。

特点:
  • 不可变(immutable)
  • 由享元工厂维护并共享
  • 不依赖于使用场景

外部状态(Extrinsic State)

外部状态是随环境变化、不能被共享的数据,它必须由客户端在调用享元方法时显式传入。

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继续上面的例子,某个字符在文档中的位置(行号、列号)、是否被选中等,就是外部状态。不同位置的相同样式的字符可以复用同一个样式对象,但传入不同的坐标信息。

特点:
  • 可变,依赖使用上下文
  • 不存储在享元对象内
  • 每次调用时由外部传入

如何实现分离

通过将外部状态从构造参数或成员变量中移出,仅保留内部状态作为成员变量,就能实现分离。

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示例代码片段:

class TextStyle {
private:
    string font;
    int size;
    string color;

public:
    TextStyle(const string& f, int s, const string& c)
        : font(f), size(s), color(c) {}

    // 外部状态 position 由调用方传入
    void display(int x, int y) const {
        cout << "Drawing " << font << " at (" << x << "," << y << ")\n";
    }
};

这里,x 和 y 是外部状态,display 方法每次接收不同的值,而 font、size、color 是内部状态,一旦创建不再改变。

享元工厂管理共享对象

为了有效共享享元对象,通常需要一个工厂类来缓存和提供已创建的享元实例。

class StyleFactory {
    map styles;
    
public:
    TextStyle& getStyle(const string& font, int size, const string& color) {
        string key = font + "-" + to_string(size) + "-" + color;
        if (styles.find(key) == styles.end()) {
            styles[key] = TextStyle(font, size, color);
        }
        return styles[key];
    }
};

客户端通过工厂获取共享的 TextStyle 对象,避免重复创建。

基本上就这些。关键是理解哪些数据属于对象本身(内部),哪些属于使用场景(外部)。分离得当,才能真正发挥享元模式节省内存的优势。

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