设计模式-结构型-享元模式

1. 享元模式概述

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，主要用于减少对象的数量，以降低内存占用和提高性能。它通过共享相似对象来避免创建大量相同的实例，适用于需要大量创建重复对象的场景，例如文本编辑器中的字符对象、图形编辑软件中的形状对象等。

享元模式的核心思想：

内部状态（Intrinsic State）：可以共享的状态，不会随环境改变，如字体的字形。
外部状态（Extrinsic State）：不能共享的状态，需要在运行时传入，如字符的位置。

2. 享元模式的结构

享元模式的典型结构如下：

Flyweight（享元接口）：定义一个方法用于接收外部状态，并执行相应的逻辑。
ConcreteFlyweight（具体享元类）：实现享元接口，存储内部状态，并通过外部状态完成功能。
FlyweightFactory（享元工厂）：用于管理享元对象，提供共享机制，避免重复创建相同对象。
Client（客户端）：使用享元对象，并传递外部状态。

3. Python 实现享元模式

示例：文字处理系统

假设我们要实现一个文本编辑器，每个字符都有自己的格式（字体、大小、颜色等），但字符的形状是共享的（如‘A’、‘B’等），这正是享元模式的应用场景。

(1) 享元类

class CharacterFlyweight:
    """享元类，存储不可变的内部状态（字符）"""
    
    def __init__(self, char):
        self.char = char  # 共享的内部状态
    
    def display(self, font, size, color, position):
        """显示字符，接收外部状态"""
        print(f"Character: {self.char}, Font: {font}, Size: {size}, Color: {color}, Position: {position}")

(2) 享元工厂

class CharacterFlyweightFactory:
    """享元工厂，管理共享的CharacterFlyweight对象"""
    
    _flyweights = {}  # 享元对象池

    @staticmethod
    def get_flyweight(char):
        """获取享元对象，若不存在则创建"""
        if char not in CharacterFlyweightFactory._flyweights:
            CharacterFlyweightFactory._flyweights[char] = CharacterFlyweight(char)
        return CharacterFlyweightFactory._flyweights[char]

(3) 客户端

class TextEditor:
    """客户端类，使用享元对象并传入外部状态"""
    
    def __init__(self):
        self.characters = []  # 存储字符及其格式信息

    def add_character(self, char, font, size, color, position):
        """添加字符到文本"""
        flyweight = CharacterFlyweightFactory.get_flyweight(char)  # 获取享元对象
        self.characters.append((flyweight, font, size, color, position))

    def render(self):
        """渲染文本"""
        for flyweight, font, size, color, position in self.characters:
            flyweight.display(font, size, color, position)

(4) 测试代码

if __name__ == "__main__":
    editor = TextEditor()
    
    # 添加字符，并指定不同的外部状态
    editor.add_character('A', "Arial", 12, "Black", (0, 0))
    editor.add_character('B', "Times New Roman", 14, "Red", (10, 0))
    editor.add_character('A', "Verdana", 16, "Blue", (20, 0))  # 共享 'A' 对象
    
    editor.render()
    
    # 查看享元对象池
    print("Flyweight Objects in Factory:", list(CharacterFlyweightFactory._flyweights.keys()))

4. 运行结果

Character: A, Font: Arial, Size: 12, Color: Black, Position: (0, 0)
Character: B, Font: Times New Roman, Size: 14, Color: Red, Position: (10, 0)
Character: A, Font: Verdana, Size: 16, Color: Blue, Position: (20, 0)
Flyweight Objects in Factory: ['A', 'B']

可以看到：