优化存储: Flyweight模式在图书管理系统中的应用
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更新于2024-08-04
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"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。
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