Паттерн Легковес на C++

Легковес – это структурный паттерн, который экономит память, благодаря разделению общего состояния, вынесенного в один объект, между множеством объектов.

Легковес позволяет экономить память, кешируя одинаковые данные, используемые в разных объектах.

Особенности паттерна на C++

Сложность:   

Популярность:   

Применимость: Весь смысл использования Легковеса – в экономии памяти. Поэтому, если в приложении нет такой проблемы, то вы вряд ли найдёте там примеры Легковеса.

Признаки применения паттерна: Легковес можно определить по создающим методам класса, которые возвращают закешированные объекты, вместо создания новых.

Концептуальный пример

Этот пример показывает структуру паттерна Легковес, а именно – из каких классов он состоит, какие роли эти классы выполняют и как они взаимодействуют друг с другом.

main.cc: Пример структуры паттерна

/**
 * Паттерн Легковес
 *
 * Назначение: Позволяет вместить бóльшее количество объектов в отведённую
 * оперативную память. Легковес экономит память, разделяя общее состояние
 * объектов между собой, вместо хранения одинаковых данных в каждом объекте.
 */

struct SharedState
{
    std::string brand_;
    std::string model_;
    std::string color_;

    SharedState(const std::string &brand, const std::string &model, const std::string &color)
        : brand_(brand), model_(model), color_(color)
    {
    }

    friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const SharedState &ss)
    {
        return os << "[ " << ss.brand_ << " , " << ss.model_ << " , " << ss.color_ << " ]";
    }
};

struct UniqueState
{
    std::string owner_;
    std::string plates_;

    UniqueState(const std::string &owner, const std::string &plates)
        : owner_(owner), plates_(plates)
    {
    }

    friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const UniqueState &us)
    {
        return os << "[ " << us.owner_ << " , " << us.plates_ << " ]";
    }
};

/**
 * Легковес хранит общую часть состояния (также называемую внутренним
 * состоянием), которая принадлежит нескольким реальным бизнес-объектам.
 * Легковес принимает оставшуюся часть состояния (внешнее состояние, уникальное
 * для каждого объекта)  через его параметры метода.
 */
class Flyweight
{
private:
    SharedState *shared_state_;

public:
    Flyweight(const SharedState *shared_state) : shared_state_(new SharedState(*shared_state))
    {
    }
    Flyweight(const Flyweight &other) : shared_state_(new SharedState(*other.shared_state_))
    {
    }
    ~Flyweight()
    {
        delete shared_state_;
    }
    SharedState *shared_state() const
    {
        return shared_state_;
    }
    void Operation(const UniqueState &unique_state) const
    {
        std::cout << "Flyweight: Displaying shared (" << *shared_state_ << ") and unique (" << unique_state << ") state.\n";
    }
};
/**
 * Фабрика Легковесов создает объекты-Легковесы и управляет ими. Она
 * обеспечивает правильное разделение легковесов. Когда клиент запрашивает
 * легковес, фабрика либо возвращает существующий экземпляр, либо создает новый,
 * если он ещё не существует.
 */
class FlyweightFactory
{
    /**
     * @var Flyweight[]
     */
private:
    std::unordered_map<std::string, Flyweight> flyweights_;
    /**
     * Возвращает хеш строки Легковеса для данного состояния.
     */
    std::string GetKey(const SharedState &ss) const
    {
        return ss.brand_ + "_" + ss.model_ + "_" + ss.color_;
    }

public:
    FlyweightFactory(std::initializer_list<SharedState> share_states)
    {
        for (const SharedState &ss : share_states)
        {
            this->flyweights_.insert(std::make_pair<std::string, Flyweight>(this->GetKey(ss), Flyweight(&ss)));
        }
    }

    /**
     * Возвращает существующий Легковес с заданным состоянием или создает новый.
     */
    Flyweight GetFlyweight(const SharedState &shared_state)
    {
        std::string key = this->GetKey(shared_state);
        if (this->flyweights_.find(key) == this->flyweights_.end())
        {
            std::cout << "FlyweightFactory: Can't find a flyweight, creating new one.\n";
            this->flyweights_.insert(std::make_pair(key, Flyweight(&shared_state)));
        }
        else
        {
            std::cout << "FlyweightFactory: Reusing existing flyweight.\n";
        }
        return this->flyweights_.at(key);
    }
    void ListFlyweights() const
    {
        size_t count = this->flyweights_.size();
        std::cout << "\nFlyweightFactory: I have " << count << " flyweights:\n";
        for (std::pair<std::string, Flyweight> pair : this->flyweights_)
        {
            std::cout << pair.first << "\n";
        }
    }
};

// ...
void AddCarToPoliceDatabase(
    FlyweightFactory &ff, const std::string &plates, const std::string &owner,
    const std::string &brand, const std::string &model, const std::string &color)
{
    std::cout << "\nClient: Adding a car to database.\n";
    const Flyweight &flyweight = ff.GetFlyweight({brand, model, color});
    // Клиентский код либо сохраняет, либо вычисляет внешнее состояние и
    // передает его методам легковеса.
    flyweight.Operation({owner, plates});
}

/**
 * Клиентский код обычно создает кучу предварительно заполненных легковесов на
 * этапе инициализации приложения.
 */

int main()
{
    FlyweightFactory *factory = new FlyweightFactory({{"Chevrolet", "Camaro2018", "pink"}, {"Mercedes Benz", "C300", "black"}, {"Mercedes Benz", "C500", "red"}, {"BMW", "M5", "red"}, {"BMW", "X6", "white"}});
    factory->ListFlyweights();

    AddCarToPoliceDatabase(*factory,
                            "CL234IR",
                            "James Doe",
                            "BMW",
                            "M5",
                            "red");

    AddCarToPoliceDatabase(*factory,
                            "CL234IR",
                            "James Doe",
                            "BMW",
                            "X1",
                            "red");
    factory->ListFlyweights();
    delete factory;

    return 0;
}

Output.txt: Результат выполнения

FlyweightFactory: I have 5 flyweights:
BMW_X6_white
Mercedes Benz_C500_red
Mercedes Benz_C300_black
BMW_M5_red
Chevrolet_Camaro2018_pink

Client: Adding a car to database.
FlyweightFactory: Reusing existing flyweight.
Flyweight: Displaying shared ([ BMW , M5 , red ]) and unique ([ CL234IR , James Doe ]) state.

Client: Adding a car to database.
FlyweightFactory: Can't find a flyweight, creating new one.
Flyweight: Displaying shared ([ BMW , X1 , red ]) and unique ([ CL234IR , James Doe ]) state.

FlyweightFactory: I have 6 flyweights:
BMW_X1_red
Mercedes Benz_C300_black
BMW_X6_white
Mercedes Benz_C500_red
BMW_M5_red
Chevrolet_Camaro2018_pink

Теги