一、說明

以下庫用于設計模式。

• Boost.Flyweight 有助于在程序中使用許多相同的對象并且需要減少內存消耗的情況。
• Boost.Signals2 使得使用觀察者設計模式變得容易。這個庫被稱為 Boost.Signals2 因為它實現了信號/槽的概念。
• Boost.MetaStateMachine 使得將狀態機從 UML 轉移到 C++ 成為可能。

本節內容

66. Boost.Flyweight

67. Boost.Signals2

68. Boost.MetaStateMachine

二、庫Boost.Flyweight

Boost.Flyweight?

Boost.Flyweight 是一個可以輕松使用同名設計模式的庫。當許多對象共享數據時，享元有助于節省內存。使用這種設計模式，不是在對象中多次存儲相同的數據，而是將共享數據保存在一個地方，所有對象都引用該數據。雖然您可以使用例如指針來實現此設計模式，但使用 Boost.Flyweight 更容易。

示例 66.1。沒有 Boost.Flyweight 的十萬個相同的字符串

#include <string>
#include <vector>
struct person
{
  int id_;
  std::string city_;
};
int main()
{
  std::vector<person> persons;
  for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    persons.push_back({i, "Berlin"});
}

Example?66.1?

示例 66.1 創建了十萬個 person 類型的對象。 person 定義了兩個成員變量：id_ 標識人，city_ 存儲人們居住的城市。在這個例子中，所有人都住在柏林。這就是為什么 city_ 在所有十萬個對象中都設置為“Berlin”。因此，該示例使用十萬個字符串，所有字符串都設置為相同的值。使用 Boost.Flyweight，可以使用一個字符串——而不是數千個——并且可以減少內存消耗。

示例 66.2。使用 Boost.Flyweight 一個字符串而不是十萬個字符串

#include <boost/flyweight.hpp>
#include <string>
#include <vector>
#include <utility>
using namespace boost::flyweights;
struct person
{
  int id_;
  flyweight<std::string> city_;
  person(int id, std::string city) : id_{id}, city_{std::move(city)} {}
};
int main()
{
  std::vector<person> persons;
  for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    persons.push_back({i, "Berlin"});
}

要使用 Boost.Flyweight，請包含 boost/flyweight.hpp，如示例 66.2 所示。 Boost.Flyweight 提供了額外的頭文件，僅當您需要更改詳細的庫設置時才需要包含這些頭文件。

所有類和函數都在命名空間 boost::flyweights 中。示例 66.2 僅使用類 boost::flyweights::flyweight，這是該庫中最重要的類。成員變量 city_ 使用類型 flyweight<std::string> 而不是 std::string。這是您需要更改的所有內容，以使用此設計模式并減少程序的內存需求。

示例 66.3。多次使用 boost::flyweights::flyweight

#include <boost/flyweight.hpp>
#include <string>
#include <vector>
#include <utility>
using namespace boost::flyweights;
struct person
{
  int id_;
  flyweight<std::string> city_;
  flyweight<std::string> country_;
  person(int id, std::string city, std::string country)
    : id_{id}, city_{std::move(city)}, country_{std::move(country)} {}
};
int main()
{
  std::vector<person> persons;
  for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    persons.push_back({i, "Berlin", "Germany"});
}

Example?66.3?

示例 66.3 向類 person 添加了第二個成員變量 country_。這個成員變量包含人們居住的國家的名字。因為在這個例子中，所有人都住在柏林，所以他們都住在同一個國家。這就是為什么在成員變量 country_ 的定義中也使用了 boost::flyweights::flyweight。

Boost.Flyweight 使用一個內部容器來存儲對象。它確保不能有多個具有相同值的對象。默認情況下，Boost.Flyweight 使用哈希容器，例如 std::unordered_set。對于不同的類型，使用不同的散列容器。與示例 66.3 一樣，成員變量 city_ 和 country_ 都是字符串；因此，只使用一個容器。在此示例中，這不是問題，因為容器僅存儲兩個字符串：“Berlin”和“Germany”。如果必須存儲許多不同的城市和國家，最好將城市存儲在一個容器中，將國家存儲在另一個容器中。

示例 66.4。多次使用 boost::flyweights::flyweight 標簽

#include <boost/flyweight.hpp>
#include <string>
#include <vector>
#include <utility>
using namespace boost::flyweights;
struct city {};
struct country {};
struct person
{
  int id_;
  flyweight<std::string, tag<city>> city_;
  flyweight<std::string, tag<country>> country_;
  person(int id, std::string city, std::string country)
    : id_{id}, city_{std::move(city)}, country_{std::move(country)} {}
};
int main()
{
  std::vector<person> persons;
  for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    persons.push_back({i, "Berlin", "Germany"});
}

示例 66.4 將第二個模板參數傳遞給 boost::flyweights::flyweight。這是一個標簽。標簽是任意類型，僅用于區分 city_ 和 country_ 所基于的類型。示例 66.4 定義了兩個空結構城市和國家，用作標簽。但是，該示例可以改為使用 int、bool 或任何類型。

標簽使 city_ 和 country_ 使用不同的類型。現在 Boost.Flyweight 使用了兩個哈希容器——一個存儲城市，另一個存儲國家。

示例 66.5。 boost::flyweights::flyweight 的模板參數

#include <boost/flyweight.hpp>
#include <boost/flyweight/set_factory.hpp>
#include <boost/flyweight/no_locking.hpp>
#include <boost/flyweight/no_tracking.hpp>
#include <string>
#include <vector>
#include <utility>
using namespace boost::flyweights;
struct person
{
  int id_;
  flyweight<std::string, set_factory<>, no_locking, no_tracking> city_;
  person(int id, std::string city) : id_{id}, city_{std::move(city)} {}
};
int main()
{
  std::vector<person> persons;
  for (int i = 0; i < 100000; ++i)
  persons.push_back({i, "Berlin"});
}

標簽以外的模板參數可以傳遞給 boost::flyweights::flyweight。示例 66.5 通過 boost::flyweights::set_factory、boost::flyweights::no_locking 和 boost::flyweights::no_tracking。包含額外的頭文件以使用這些類。

boost::flyweights::set_factory 告訴 Boost.Flyweight 使用排序容器，例如 std::set，而不是散列容器。使用 boost::flyweights::no_locking，通常默認激活的對多線程的支持被停用。 boost::flyweights::no_tracking 告訴 Boost.Flyweight 不要跟蹤存儲在內部容器中的對象。默認情況下，當不再使用對象時，Boost.Flyweight 會檢測到這一點并將它們從容器中移除。當設置了 boost::flyweights::no_tracking 時，檢測機制被禁用。這提高了性能。但是，容器只能增長，永遠不會收縮。

Boost.Flyweight 支持額外的設置。如果您對調整的更多細節感興趣，請查看官方文檔。

煉習

使用 Boost.Flyweight 改進這個程序。使用禁用多線程支持的 Boost.Flyweight：

#include <string>
#include <vector>
#include <memory>
int main()
{
    std::vector<std::shared_ptr<std::string>> countries;
    auto germany = std::make_shared<std::string>("Germany");
    for (int i = 0; i < 500; ++i)
        countries.push_back(germany);
    auto netherlands = std::make_shared<std::string>("Netherlands");
    for (int i = 0; i < 500; ++i)
        countries.push_back(netherlands);
}