C++备忘录模式：轻松实现状态回滚
备忘录模式的核心思想
备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为设计模式，允许在不破坏封装性的前提下捕获并外部化对象的内部状态，以便后续可以恢复到该状态。该模式的核心在于分离状态保存与恢复的逻辑，避免直接暴露对象内部细节。
在C++中，备忘录模式通常涉及三个角色：
- Originator（原发器）：需要保存和恢复状态的对象。
- Memento（备忘录）：存储Originator的内部状态。
- Caretaker（管理者）：负责保存和管理Memento对象。
备忘录模式的实现步骤
定义Memento类 备忘录类需要保存Originator的部分或全部状态信息，通常设计为Originator的友元类以实现私有成员访问。
class Memento {
private:
std::string state_;
friend class Originator; // 允许Originator访问私有成员
Memento(const std::string& state) : state_(state) {}
std::string GetState() const { return state_; }
};
实现Originator类
Originator负责创建备忘录对象，并可通过备忘录恢复状态。关键方法包括CreateMemento()和RestoreFromMemento()。
class Originator {
private:
std::string state_;
public:
void SetState(const std::string& state) { state_ = state; }
std::string GetState() const { return state_; }
Memento CreateMemento() const {
return Memento(state_);
}
void RestoreFromMemento(const Memento& memento) {
state_ = memento.GetState();
}
};
设计Caretaker类 Caretaker持有备忘录对象，但不直接操作其内容，仅负责存储和传递。
class Caretaker {
private:
Memento memento_;
public:
void SaveMemento(const Memento& memento) { memento_ = memento; }
Memento RetrieveMemento() const { return memento_; }
};
使用场景与代码示例
典型场景
- 需要实现撤销/重做功能（如文本编辑器）。
- 需要保存对象的历史状态（如游戏存档）。
- 需要隔离状态管理的职责。
完整示例代码 以下示例展示文本编辑器的撤销操作实现：
#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>
class TextMemento {
private:
std::string text_;
friend class TextEditor;
TextMemento(const std::string& text) : text_(text) {}
std::string GetText() const { return text_; }
};
class TextEditor {
private:
std::string text_;
public:
void Type(const std::string& words) { text_ += words; }
TextMemento Save() const { return TextMemento(text_); }
void Restore(const TextMemento& memento) { text_ = memento.GetText(); }
void Print() const { std::cout << "Current text: " << text_ << std::endl; }
};
class History {
private:
std::stack<TextMemento> stack_;
public:
void Push(const TextMemento& memento) { stack_.push(memento); }
TextMemento Pop() {
TextMemento top = stack_.top();
stack_.pop();
return top;
}
};
int main() {
TextEditor editor;
History history;
editor.Type("Hello, ");
history.Push(editor.Save());
editor.Print();
editor.Type("World!");
history.Push(editor.Save());
editor.Print();
editor.Restore(history.Pop());
editor.Print(); // 输出恢复到"Hello, "
}
模式优缺点分析
优点
- 保持封装边界，不暴露Originator内部实现。
- 简化Originator职责，状态管理由Caretaker处理。
- 支持多状态备份，易于实现撤销机制。
缺点
- 频繁保存状态可能导致内存占用过高。
- Caretaker需管理Memento生命周期，可能引入复杂性。
- 部分语言（如C++）需借助友元机制，破坏一定的封装性。
进阶应用与变体
增量备忘录 仅保存状态变化部分而非完整状态，减少存储开销。适用于大型对象的状态管理。
class IncrementalMemento {
private:
int delta_; // 记录变化量而非完整状态
friend class Counter;
IncrementalMemento(int delta) : delta_(delta) {}
int GetDelta() const { return delta_; }
};
多级撤销
通过栈或列表结构存储多个备忘录，支持多步撤销。示例中的History类即采用栈结构实现。
与命令模式结合 将备忘录作为命令的执行结果保存，实现原子化操作的回滚。常用于事务系统设计。
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