23种设计模式 - 备忘录模式

模式定义

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，其核心是在不破坏对象封装性的前提下，捕获并保存对象的内部状态，以便后续恢复。该模式特别适用于需要实现撤销/重做、状态回滚等功能的系统，如数控系统的加工状态保存与恢复。

模式结构

发起人（Originator）

负责创建备忘录（保存当前状态）和从备忘录恢复状态。
备忘录（Memento）
存储发起人的内部状态，仅允许发起人访问其数据。
管理者（Caretaker）
保存和管理备忘录，但不修改其内容。

适用场景

数控系统状态保存：如加工参数（坐标、速度）的备份与恢复。

操作撤销/重做：用户误操作后回滚到历史状态。

系统故障恢复：异常停机时恢复至安全状态。

C++示例（数控系统场景）

场景说明：

数控机床在加工过程中需要保存当前状态（坐标、速度），当发生异常时恢复至最近一次保存的状态。

cpp 复制代码

#include 
#include 
#include 

// 备忘录：保存数控系统状态
class CNCStateMemento {
private:
    std::string position_;  // 坐标
    double speed_;          // 速度
public:
    CNCStateMemento(std::string pos, double speed) 
        : position_(pos), speed_(speed) {}
    
    // 仅允许Originator访问（友元类）
    friend class CNCMachine;
};

// 发起人：数控机床
class CNCMachine {
private:
    std::string position_;
    double speed_;
public:
    void setState(std::string pos, double speed) {
        position_ = pos;
        speed_ = speed;
    }

    CNCStateMemento* saveState() {
        return new CNCStateMemento(position_, speed_);
    }

    void restoreState(CNCStateMemento* memento) {
        position_ = memento->position_;
        speed_ = memento->speed_;
        std::cout << "恢复至状态：坐标=" << position_ 
                  << "，速度=" << speed_ << std::endl;
    }

    void display() const {
        std::cout << "当前状态：坐标=" << position_ 
                  << "，速度=" << speed_ << std::endl;
    }
};

// 管理者：状态历史记录
class CNCCaretaker {
private:
    std::vector history_;
public:
    void addMemento(CNCStateMemento* memento) {
        history_.push_back(memento);
    }

    CNCStateMemento* getLastMemento() {
        if (history_.empty()) return nullptr;
        CNCStateMemento* last = history_.back();
        history_.pop_back();
        return last;
    }
};

// 客户端使用示例
int main() {
    CNCMachine machine;
    CNCCaretaker caretaker;

    // 设置初始状态并保存
    machine.setState("X100 Y200", 1500);
    caretaker.addMemento(machine.saveState());
    machine.display();  // 输出当前状态

    // 修改状态（模拟异常操作）
    machine.setState("X150 Y250", 2000);
    std::cout << "异常操作后：";
    machine.display();

    // 恢复至最近保存的状态
    CNStateMemento* lastState = caretaker.getLastMemento();
    if (lastState) {
        machine.restoreState(lastState);
        machine.display();
    }
    return 0;
}

代码解析

CNCStateMemento：封装数控机床的坐标和速度，仅允许CNCMachine访问（通过友元类）。

CNCMachine：作为发起人，提供saveState()和restoreState()方法实现状态保存与恢复。

CNCCaretaker：管理历史状态，支持撤销操作。

优势与局限

优势：

状态封装性良好，避免外部直接访问。
简化数控系统的状态管理逻辑。
局限：
频繁保存状态可能导致内存占用高。