游戏编程模式之享元模式

“使用共享以高效地支持大量的细粒度对象”（摘自《游戏编程模式》第三章）

从这一句话可以看出，享元模式重要的目的是关于代码的高效性。而一般提升效率的本质则是减小计算量、工作量。例如：
- LOD：层次细节技术，它降低远处的渲染质量来减小计算机的工作量
- 比较的二分法：利用规律减少比较次数
理解上述问题是比较简单的。而享元模式，它减小计算量的手段是：通过对一个集合的公共部分的抽离，让公共部分共享一份数据模型，避免了工作的重复，以提高效率

引例：GPU对森林的渲染

关于森林中的每一棵树，我们都有如下性质并封装成类：

class Tree
{
    private:
        Mesh      m_Mesh;
        Texture   m_Bark;
        Texture   m_Leaves;
        Vector    m_Position;
        double    m_Height;
        double    m_Thickness;
        Color     m_BartTint;
        Color     m_LeaveTint;
}

在渲染中，如果我们将上述类实例化作为对象，则需要向GPU传输对象的数据。在一帧内传输至GPU是不太可行的。（Mesh和Texture数据量很大）
我们可以发现，一个树其实是有公共部分的：它们分别是：Mesh、Bark、Leaves。因此，在类的设计时，我们可以将公共部分抽离成一个类，并采用C++组合的关系。
```
class TreeModel
{
    private:
       Mesh      m_Mesh;
       Texture   m_Bark;
       Texture   m_Leaves; 
}

class Tree
{
    private:
        TreeModel*  m_Model;
        Vector      m_Position;
        double      m_Height;
        double      m_Thickness;
        Color       m_BartTint;
        Color       m_LeaveTint;
}
```
在C++中，类与类关系主要有两种，一个是继承，一个是组合。继承是拷贝，即有size(子类) ≈ size(父类)+ size(差异)。而对于组合，是在类中定义一个类的指针，以达到have one 的效果。size(组合类)=size(差异)+size(ptr) (ptr为对象指针)
因此，在本次渲染工作中，仅需要提供两组数据。一组为通用数据：TreeModel,第二组就是实例列表以及差异化参数。（关于这次渲染涉及到实例绘制，这里仅给出名词）

享元模式

享元模式通过将对象数据切分为两种类型来解决问题。第一类为不属于单一对象实例并且能够被对象共享的数据，称为内部状态（the intrinsic state）；其他数据称为外部状态(the extrinsic state)

这两个词或许只是GoF小组（书的作者团队）所命名

拓展

游戏中将使用基于瓦片（Title-base）的技术来构建地面
例子中，地面的属性有：
- 移动开销
- 是否是一片能够行驶船只的水域的标志位

第一种解决方案：枚举作为返回标志

   enum Terrain
   {
       TERRAIN_GRASS,
       TERRAIN_HILL,
       TERRAIN_RIVER
   };
   
   class World
   {
       public:
         int  getMovementCost(int x,int y);
         bool isWater(int x,int y);
         
       private:
         Terrain m_Tiles[WIDTH][HEIGHT];    //瓦片二维数组
   }
   
   int Terrain::getMovementCost(int x,int y)
   {
       switch(m_Tiles[x][y])
       {
           case TERRAIN_GRASS:
                   return grassCost;
                   reak;
           case TERRAIN_HILL:
                   break;
       }
   }
   ……

这一方法的缺陷在于：代码在组织上比较简陋，因为地形和判断方法没有组织在一起。一个整体被分成了两个部分。

如同上述的森林渲染一样，设计一个类，每一个地形为一个类，它保证了整体完整。但这又回到了引例中的问题。

class Terrain
{
    public:
      Terrain(int movementCost,bool isWater,Texture texture): 
      
      int  getMoveCost() const {return m_MoveCost;}
      bool isWater()     const {return m_IsWater; }
      const Texture& getTexture() const
      {
          return m_Texture;
      }
      
    private:
      int  m_MoveConst;
      bool m_IsWater;
      Texture m_Texture;
}

我们学习引例的做法：将数据拆分成内部数据和外部数据。例子中，三个数据均为内部数据。并对复用数据进行 have one的设计
游戏编程模式之享元模式

class World
{
    private:
    Terrain* m_Tiles[WIDTH][HEIGHT];  //地形对象的网格指针
    
    public World() : m_GrassTerrain(1,fase,GRASS_TEXTURE),m_HillTerrain(2,fasle,HILL_TEXTURE),m_RiverTerrain(3,true,RIVER_TEXTURE){}
    
    //初始化瓦片
    bool generateTerrain()
    {
        m_Tiles[1][1]=&m_RiverTerrain;
        ……
    }
    
    
    //have one 设计
    Terrain m_GrassTerrain;
    Terrain m_HillTerrain;
    Terrain m_RiverTerrain;
}

总结

享元模式关键字在于享，把一个对象的公共数据资源抽离成一个实例，因此所有的对象都可以公用这一个实例，减少了计算量。
如果你发现自己创建了一个枚举，并使用switch，那么你可以考虑使用这一模式。
继承和组合是类的两种关系，我们要学习在特定情况下如何选择。

知识点全部源于《Game Programming Patterns》，中文名《游戏编程模式》，图片来源于网络

游戏编程模式之享元模式

引例：GPU对森林的渲染

享元模式

拓展

总结

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