优化存储： Flyweight模式在图书管理系统中的应用

"本文档介绍了软件设计中的Flyweight（享元）模式，旨在通过对象共享减少内存中的对象数量，从而优化内存使用。该模式适用于处理大量细粒度对象的情况，尤其是当大部分对象状态可以转化为外部状态时。文档还提供了一个图书管理系统作为实例，展示了如何通过Flyweight模式解决重复数据占用过多内存的问题。" Flyweight模式是一种结构型设计模式，其核心思想是通过共享技术来减少大量相似对象的创建，从而降低内存消耗。在某些场景下，如游戏编程或文本编辑器中，可能需要创建大量具有部分相同属性的对象。若不对这些对象进行有效管理，内存开销会显著增加。 适用性条件包括： 1. 应用程序中存在大量对象。 2. 大量对象的创建导致内存开销过大。 3. 对象的大部分状态可以成为外部状态，即这些状态可以存储在对象外部而不影响对象的核心功能。 4. 删除对象的外部状态后，可以用少量共享对象替换原有的多个对象组合。 5. 应用程序不依赖于对象的唯一标识，因为共享对象可能导致同一测试返回真值。 以图书管理系统为例，每本书都有出版社、作者、编号、价格和书名等属性。如果每本书都是独立的对象，那么即使有很多书来自同一家出版社或同一位作者，这些信息也会被重复存储，浪费内存。为了解决这个问题，我们可以引入Flyweight模式。 在Flyweight模式中，我们可以创建一个`Publisher`类和`Author`类来存储出版社和作者的信息，这些类的实例可以被多本书共享。`Book`类则只保存唯一的、与特定书籍相关的属性，如编号、价格和书名。这样，即使有成千上万本书，重复的出版社和作者信息只存储一次，大大减少了内存占用。 例如，修改后的`Book`类可能如下所示： ```cpp class Book { public: string getPublisher() { return m_publisher->getPublish(); } string getWriter() { return m_writer->getWriter(); } int getBookID() { return m_bookID; } int getPrice() { return m_price; } string getName() { return m_name; } void setBookID(int id) { m_bookID = id; } void setPrice(int price) { m_price = price; } void setName(string& s) { m_name = s; } private: Publisher* m_publisher; // 共享的出版社对象 Author* m_writer; // 共享的作者对象 int m_bookID; // 书籍编号 int m_price; // 价格 string m_name; // 书名 }; // 创建Publisher和Author的共享对象 Publisher* publisher1 = new Publisher("机械工业出版社"); Author* author1 = new Author("张三"); // 使用共享对象创建Book实例 Book book1; book1.setBookID(1); book1.setPrice(50); book1.setName("编程艺术"); book1.setPublisher(publisher1); book1.setWriter(author1); ``` 在这个例子中，`Publisher`和`Author`对象作为Flyweight对象被多个`Book`对象共享，避免了重复数据的存储，提高了内存效率。通过这种方式，我们可以实现高效的数据结构，同时保持代码的清晰和模块化。