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前言

享元是一种结构型设计模式，它摒弃了在每个对象中保存所有数据的方式，通过共享多个对象所共有的相同状态，让你能在有限的内存容量中载入更多对象。

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问题

假如你希望在长时间工作后放松一下， 所以开发了一款简单的游戏： 玩家们在地图上移动并相互射击。 你决定实现一个真实的粒子系统，并将其作为游戏的特色。大量的子弹、导弹和爆炸弹片会在整个地图上穿行， 为玩家提供紧张刺激的游戏体验。

开发完成后， 你推送提交了最新版本的程序， 并在编译游戏后将其发送给了一个朋友进行测试。 尽管该游戏在你的电脑上完美运行， 但是你的朋友却无法长时间进行游戏： 游戏总是会在他的电脑上运行几分钟后崩溃。 在研究了几个小时的调试消息记录后， 你发现导致游戏崩溃的原因是内存容量不足。 朋友的设备性能远比不上你的电脑， 因此游戏运行在他的电脑上时很快就会出现问题。

真正的问题与粒子系统有关。 每个粒子（一颗子弹、 一枚导弹或一块弹片）都由包含完整数据的独立对象来表示。 当玩家在游戏中鏖战进入高潮后的某一时刻， 游戏将无法在剩余内存中载入新建粒子，于是程序就崩溃了。

解决方案

仔细观察 粒子 Particle 类， 你可能会注意到 颜色（color）和 精灵图（sprite）这两个成员变量所消耗的内存要比其他变量多得多。更糟糕的是，对于所有的粒子来说，这两个成员变量所存储的数据几乎完全一样（比如所有子弹的颜色和精灵图都一样）。

每个粒子的另一些状态（坐标、 移动矢量和速度）则是不同的。 因为这些成员变量的数值会不断变化。 这些数据代表粒子在存续期间不断变化的情景， 但每个粒子的颜色和精灵图则会保持不变。

对象的常量数据通常被称为内在状态， 其位于对象中， 其他对象只能读取但不能修改其数值。 而对象的其他状态常常能被其他对象“从外部”改变，因此被称为外在状态。

享元模式建议不在对象中存储外在状态， 而是将其传递给依赖于它的一个特殊方法。 程序只在对象中保存内在状态， 以方便在不同情景下重用。 这些对象的区别仅在于其内在状态（与外在状态相比， 内在状态的变体要少很多）， 因此你所需的对象数量会大大削减。

让我们回到游戏中。 假如能从粒子类中抽出外在状态， 那么我们只需三个不同的对象（子弹、 导弹和弹片）就能表示游戏中的所有粒子。 你现在很可能已经猜到了， 我们将这样一个仅存储内在状态的对象称为享元。

享元工厂

为了能更方便地访问各种享元， 你可以创建一个工厂方法来管理已有享元对象的缓存池。 工厂方法从客户端处接收目标享元对象的内在状态作为参数， 如果它能在缓存池中找到所需享元，则将其返回给客户端；如果没有找到，它就会新建一个享元，并将其添加到缓存池中。

你可以选择在程序的不同地方放入该函数。 最简单的选择就是将其放置在享元容器中。 除此之外， 你还可以新建一个工厂类， 或者创建一个静态的工厂方法并将其放入实际的享元类中。

结构

代码

Tip: 享元工厂内含在Game类里面

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>
using namespace std;class Particle {
public:Particle(const string& color, const string& spirit) : m_color(color), m_spirit(spirit) {}// 重载运算符==bool operator==(const Particle& other) const {return m_color == other.m_color && m_spirit == other.m_spirit;}void move(const string& coords, const string& vector, const string& speed) {cout << "particle is moving to " << coords << " in " << vector << " " << speed << endl;}void draw(const string& coords, const string& canvas) {cout << "draw the particle at " << coords << " in " << canvas << endl;}
protected:string m_color;string m_spirit;
};class MovingParticle : public Particle {
public:MovingParticle(shared_ptr<Particle> particle, const string& color, const string& spirit, const string& coords, const string& vector, const string& speed) :Particle(color, spirit), m_particle(particle), m_coords(coords), m_vector(vector), m_speed(speed) {}void move() {m_particle->move(m_coords, m_vector, m_speed);}void draw(const string& canvas) {m_particle->draw(m_coords, canvas);}
private:shared_ptr<Particle> m_particle;string m_coords;string m_vector;string m_speed;
};class Game {
public:vector<shared_ptr<MovingParticle>> mps;void addParticle(const string& coords, const string& vector, const string& speed, const string& color, const string& spirit) {auto temp = make_shared<Particle>(color, spirit);bool exists = false;for (auto m_particle : m_particles) {if (*m_particle == *temp) {exists = true;break;}}if (!exists) {m_particles.push_back(make_shared<Particle>(color, spirit));}mps.push_back(make_shared<MovingParticle>(temp, color, spirit, coords, vector, speed));}void draw(const string& canvas) {for (auto mp : mps) {mp->draw(canvas);}}
private:vector<shared_ptr<Particle>> m_particles;
};class Unit {
public:// 坦克属性：名称、位置、武器威力、自身精灵图、子弹颜色、子弹精灵图Unit(Game* game, const string& name, const string& position, const string& weaponPower, const string& tankSpirit, const string& bulletColor, const string& bulletSpirit) :m_game(game), m_name(name), m_position(position), m_weaponPower(weaponPower), m_tankSpirit(tankSpirit), m_bulletColor(bulletColor), m_bulletSpirit(bulletSpirit) {}virtual ~Unit() = default;// 发射时只需传入目标对象，子弹样式已在构造时确定virtual void fireAt(Unit& target) {// 使用目标当前位置和坦克自身的子弹属性m_game->addParticle(target.getPosition(), "forward", m_weaponPower, m_bulletColor, m_bulletSpirit);cout << m_name << " fires at " << target.m_name << " (position: " << target.getPosition() << ")" << " with " << m_bulletColor << " " << m_bulletSpirit << endl;}string getPosition() const {return m_position;}void moveTo(const string& newPosition) {m_position = newPosition;cout << m_name << " moved to " << newPosition << endl;}// 获取坦克自身精灵图string getTankSpirit() const {return m_tankSpirit;}private:Game* m_game;string m_name;         // 坦克名称string m_position;     // 坦克位置string m_weaponPower;  // 武器威力（影响子弹速度等）string m_tankSpirit;   // 坦克自身精灵图string m_bulletColor;  // 子弹颜色（构造时确定，固定不变）string m_bulletSpirit; // 子弹精灵图（构造时确定，固定不变）
};// 主函数用于测试
int main() {Game game;// 创建坦克单位，构造时指定子弹样式（最后两个参数）Unit tank1(&game, "Tank A", "base1", "high_speed", "tank_red.png", "red", "bullet_round.png");Unit tank2(&game, "Tank B", "hill2", "normal", "tank_blue.png", "blue", "bullet_laser.png");// 攻击：只需传入目标对象tank1.fireAt(tank2);// 画出子弹game.draw("battlefield");// 坦克2移动位置躲避tank2.moveTo("valley3");return 0;
}