C++ 备忘录模式详解

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为设计模式，它允许在不破坏封装性的前提下，捕获并外部化 一个对象的内部状态，以便以后可以恢复到这个状态。

核心概念

设计原则

备忘录模式遵循以下设计原则：

1. 封装性原则：不暴露对象内部实现细节

2. 单一职责原则：将状态保存与恢复职责分离

3. 开闭原则：可以引入新的备忘录类型而不修改原始类

主要优点

1. 状态保存：可以轻松实现撤销/恢复功能

2. 封装保护：不破坏对象的封装性

3. 简化原发器：将状态管理职责分离

4. 时间快照：支持创建多个时间点的状态快照

模式结构

主要组件

1. Originator（原发器）

   • 需要保存状态的对象

   • 创建备忘录以保存当前状态

   • 使用备忘录恢复状态

2. Memento（备忘录）

   • 存储原发器的内部状态

   • 防止原发器以外的对象访问

3. Caretaker（管理者）

   • 负责保存备忘录

   • 不操作或检查备忘录内容

完整代码示例

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>

// ==================== 备忘录类 ====================
class EditorMemento {
    // 备忘录保存的状态
    std::string content_;
    
    // 只允许Editor类创建和访问备忘录
    friend class Editor;
    
    // 私有构造函数，确保只有Editor可以创建备忘录
    explicit EditorMemento(const std::string& content) 
        : content_(content) {}
    
public:
    // Editor可以通过此方法获取保存的状态
    std::string getContent() const { return content_; }
};

// ==================== 原发器类 ====================
class Editor {
    std::string content_;
    
public:
    void type(const std::string& words) {
        content_ += words;
    }
    
    std::string getContent() const {
        return content_;
    }
    
    // 创建备忘录：保存当前状态
    std::unique_ptr<EditorMemento> save() {
        return std::make_unique<EditorMemento>(content_);
    }
    
    // 恢复状态：从备忘录恢复
    void restore(const EditorMemento* memento) {
        content_ = memento->getContent();
    }
};

// ==================== 管理者类 ====================
class History {
    std::vector<std::unique_ptr<EditorMemento>> mementos_;
    Editor* editor_;
    
public:
    explicit History(Editor* editor) : editor_(editor) {}
    
    void backup() {
        std::cout << "保存状态..." << std::endl;
        mementos_.push_back(editor_->save());
    }
    
    void undo() {
        if (mementos_.empty()) return;
        
        auto memento = std::move(mementos_.back());
        mementos_.pop_back();
        
        std::cout << "恢复状态..." << std::endl;
        editor_->restore(memento.get());
    }
    
    void showHistory() const {
        std::cout << "\n历史记录:" << std::endl;
        for (size_t i = 0; i < mementos_.size(); ++i) {
            std::cout << i+1 << ". " 
                      << mementos_[i]->getContent().substr(0, 10) 
                      << (mementos_[i]->getContent().length() > 10 ? "..." : "")
                      << std::endl;
        }
    }
};

// ==================== 客户端代码 ====================
int main() {
    std::cout << "=== 文本编辑器撤销功能演示 ===" << std::endl;
    
    Editor editor;
    History history(&editor);
    
    // 编辑并保存状态
    editor.type("Hello, ");
    history.backup();
    
    editor.type("world! ");
    history.backup();
    
    editor.type("This is a memento pattern example.");
    std::cout << "\n当前内容: " << editor.getContent() << std::endl;
    
    // 显示历史
    history.showHistory();
    
    // 撤销一次
    history.undo();
    std::cout << "\n撤销后内容: " << editor.getContent() << std::endl;
    
    // 再撤销一次
    history.undo();
    std::cout << "再撤销后内容: " << editor.getContent() << std::endl;
    
    return 0;
}

模式变体

1. 增量备忘录

class IncrementalMemento {
    std::string change_; // 只保存变化部分
    friend class Editor;
    explicit IncrementalMemento(const std::string& change) : change_(change) {}
};

class Editor {
    std::string content_;
    std::vector<std::unique_ptr<IncrementalMemento>> changes_;
    
public:
    void type(const std::string& words) {
        changes_.push_back(std::make_unique<IncrementalMemento>(words));
        content_ += words;
    }
    
    void undo() {
        if (changes_.empty()) return;
        
        auto lastChange = changes_.back()->getChange();
        content_.erase(content_.length() - lastChange.length());
        changes_.pop_back();
    }
};

2. 多状态备忘录

class FullStateMemento {
    std::string content_;
    int cursorPosition_;
    std::vector<std::string> openFiles_;
    // 可以保存更多状态...
    
    friend class IDE;
    FullStateMemento(const std::string& content, int pos, const std::vector<std::string>& files)
        : content_(content), cursorPosition_(pos), openFiles_(files) {}
};

class IDE {
    // 各种状态...
public:
    std::unique_ptr<FullStateMemento> save() {
        return std::make_unique<FullStateMemento>(content_, cursorPos_, openFiles_);
    }
};

实际应用场景

1. 文本编辑器：实现撤销/重做功能

2. 游戏开发：保存游戏进度和存档

3. 图形软件：绘图步骤的撤销

4. 事务管理：操作回滚

5. 配置管理：系统配置的保存和恢复