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前言

享元是一種結構型設計模式，它摒棄了在每個對象中保存所有數據的方式，通過共享多個對象所共有的相同狀態，讓你能在有限的內存容量中載入更多對象。

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問題

假如你希望在長時間工作后放松一下， 所以開發了一款簡單的游戲： 玩家們在地圖上移動并相互射擊。 你決定實現一個真實的粒子系統，并將其作為游戲的特色。大量的子彈、導彈和爆炸彈片會在整個地圖上穿行， 為玩家提供緊張刺激的游戲體驗。

開發完成后， 你推送提交了最新版本的程序， 并在編譯游戲后將其發送給了一個朋友進行測試。 盡管該游戲在你的電腦上完美運行， 但是你的朋友卻無法長時間進行游戲： 游戲總是會在他的電腦上運行幾分鐘后崩潰。 在研究了幾個小時的調試消息記錄后， 你發現導致游戲崩潰的原因是內存容量不足。 朋友的設備性能遠比不上你的電腦， 因此游戲運行在他的電腦上時很快就會出現問題。

真正的問題與粒子系統有關。 每個粒子（一顆子彈、 一枚導彈或一塊彈片）都由包含完整數據的獨立對象來表示。 當玩家在游戲中鏖戰進入高潮后的某一時刻， 游戲將無法在剩余內存中載入新建粒子，于是程序就崩潰了。

解決方案

仔細觀察 粒子 Particle 類， 你可能會注意到 顏色（color）和 精靈圖（sprite）這兩個成員變量所消耗的內存要比其他變量多得多。更糟糕的是，對于所有的粒子來說，這兩個成員變量所存儲的數據幾乎完全一樣（比如所有子彈的顏色和精靈圖都一樣）。

每個粒子的另一些狀態（坐標、 移動矢量和速度）則是不同的。 因為這些成員變量的數值會不斷變化。 這些數據代表粒子在存續期間不斷變化的情景， 但每個粒子的顏色和精靈圖則會保持不變。

對象的常量數據通常被稱為內在狀態， 其位于對象中， 其他對象只能讀取但不能修改其數值。 而對象的其他狀態常常能被其他對象“從外部”改變，因此被稱為外在狀態。

享元模式建議不在對象中存儲外在狀態， 而是將其傳遞給依賴于它的一個特殊方法。 程序只在對象中保存內在狀態， 以方便在不同情景下重用。 這些對象的區別僅在于其內在狀態（與外在狀態相比， 內在狀態的變體要少很多）， 因此你所需的對象數量會大大削減。

讓我們回到游戲中。 假如能從粒子類中抽出外在狀態， 那么我們只需三個不同的對象（子彈、 導彈和彈片）就能表示游戲中的所有粒子。 你現在很可能已經猜到了， 我們將這樣一個僅存儲內在狀態的對象稱為享元。

享元工廠

為了能更方便地訪問各種享元， 你可以創建一個工廠方法來管理已有享元對象的緩存池。 工廠方法從客戶端處接收目標享元對象的內在狀態作為參數， 如果它能在緩存池中找到所需享元，則將其返回給客戶端；如果沒有找到，它就會新建一個享元，并將其添加到緩存池中。

你可以選擇在程序的不同地方放入該函數。 最簡單的選擇就是將其放置在享元容器中。 除此之外， 你還可以新建一個工廠類， 或者創建一個靜態的工廠方法并將其放入實際的享元類中。

結構

代碼

Tip: 享元工廠內含在Game類里面

#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) {}// 重載運算符==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:// 坦克屬性：名稱、位置、武器威力、自身精靈圖、子彈顏色、子彈精靈圖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;// 發射時只需傳入目標對象，子彈樣式已在構造時確定virtual void fireAt(Unit& target) {// 使用目標當前位置和坦克自身的子彈屬性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;}// 獲取坦克自身精靈圖string getTankSpirit() const {return m_tankSpirit;}private:Game* m_game;string m_name;         // 坦克名稱string m_position;     // 坦克位置string m_weaponPower;  // 武器威力（影響子彈速度等）string m_tankSpirit;   // 坦克自身精靈圖string m_bulletColor;  // 子彈顏色（構造時確定，固定不變）string m_bulletSpirit; // 子彈精靈圖（構造時確定，固定不變）
};// 主函數用于測試
int main() {Game game;// 創建坦克單位，構造時指定子彈樣式（最后兩個參數）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");// 攻擊：只需傳入目標對象tank1.fireAt(tank2);// 畫出子彈game.draw("battlefield");// 坦克2移動位置躲避tank2.moveTo("valley3");return 0;
}