【C++】备忘录模式

一、模式核心概念与结构
[二、C++ 实现示例：文本编辑器撤销功能](#二、C++ 实现示例：文本编辑器撤销功能)
三、备忘录模式的关键特性
四、应用场景
五、备忘录模式与其他设计模式的关系
[六、C++ 标准库中的备忘录模式应用](#六、C++ 标准库中的备忘录模式应用)
七、优缺点分析
八、实战案例：游戏角色状态存档
九、实现注意事项
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备忘录模式（Memento Pattern）是一种【行为型】设计模式，它允许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，以便后续可以将对象恢复到先前的状态。这种模式通过将状态保存和恢复操作分离，实现了对象状态管理的职责分离。

一、模式核心概念与结构

备忘录模式包含三个核心角色：

原发器（Originator）：创建备忘录并使用备忘录恢复内部状态的对象。
备忘录（Memento）：存储原发器内部状态的对象，通常提供有限的访问权限。
管理者（Caretaker）：负责保存备忘录，但不检查或修改备忘录的内容。

二、C++ 实现示例：文本编辑器撤销功能

以下是一个简单的文本编辑器示例，演示如何使用备忘录模式实现撤销功能：

cpp 复制代码

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

// 前向声明
class Memento;

// 原发器：文本编辑器
class TextEditor {
private:
    std::string content;

public:
    void setContent(const std::string& text) {
        content = text;
        std::cout << "Current content: " << content << std::endl;
    }
    
    std::string getContent() const {
        return content;
    }
    
    // 创建备忘录
    std::shared_ptr<Memento> createMemento() const;
    
    // 从备忘录恢复
    void restoreFromMemento(std::shared_ptr<Memento> memento);
};

// 备忘录
class Memento {
private:
    std::string savedContent;

public:
    Memento(const std::string& content) : savedContent(content) {}
    
    // 仅供原发器访问的内部状态
    friend class TextEditor;
};

// 实现原发器的方法
std::shared_ptr<Memento> TextEditor::createMemento() const {
    return std::make_shared<Memento>(content);
}

void TextEditor::restoreFromMemento(std::shared_ptr<Memento> memento) {
    content = memento->savedContent;
    std::cout << "Restored content: " << content << std::endl;
}

// 管理者：历史记录
class History {
private:
    std::vector<std::shared_ptr<Memento>> mementos;

public:
    void saveState(std::shared_ptr<Memento> memento) {
        mementos.push_back(memento);
        std::cout << "State saved. History size: " << mementos.size() << std::endl;
    }
    
    std::shared_ptr<Memento> getPreviousState() {
        if (mementos.empty()) {
            std::cout << "No previous state" << std::endl;
            return nullptr;
        }
        
        auto last = mementos.back();
        mementos.pop_back();
        std::cout << "Restoring to previous state. History size: " << mementos.size() << std::endl;
        return last;
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    // 创建文本编辑器和历史记录管理器
    auto editor = std::make_shared<TextEditor>();
    auto history = std::make_shared<History>();
    
    // 编辑文本并保存状态
    editor->setContent("Hello");
    history->saveState(editor->createMemento());
    
    editor->setContent("Hello World");
    history->saveState(editor->createMemento());
    
    editor->setContent("Hello World!");
    history->saveState(editor->createMemento());
    
    // 撤销操作
    editor->restoreFromMemento(history->getPreviousState());  // 恢复到 "Hello World"
    editor->restoreFromMemento(history->getPreviousState());  // 恢复到 "Hello"
    
    return 0;
}

三、备忘录模式的关键特性

封装状态 ：
- 备忘录对象封装了原发器的内部状态，保护其不被外部访问。
状态管理分离 ：
- 管理者负责保存备忘录，原发器负责创建和恢复状态，实现职责分离。
简化原发器 ：
- 原发器无需管理自己的历史记录，降低了复杂度。
支持撤销和恢复 ：
- 通过保存多个备忘录，可以实现多级撤销和恢复操作。

四、应用场景

撤销 / 重做功能 ：
- 文本编辑器、图形设计工具、游戏中的撤销操作。
- 例如，Photoshop 中的历史记录面板。
事务管理 ：
- 数据库事务的回滚机制。
- 例如，数据库在执行操作前保存状态，失败时回滚。
游戏存档 ：
- 保存游戏进度，支持读档功能。
对象版本控制 ：
- 保存对象的不同版本，支持版本回退。

五、备忘录模式与其他设计模式的关系

命令模式 ：
- 命令模式可以使用备忘录模式来实现命令的撤销功能。
- 命令对象执行操作前创建备忘录，撤销时恢复状态。
迭代器模式 ：
- 可以结合迭代器模式遍历备忘录列表，实现历史记录的浏览。
原型模式 ：
- 备忘录可以通过克隆（原型模式）来创建对象的副本。

六、C++ 标准库中的备忘录模式应用

智能指针 ：
- std::shared_ptr和std::unique_ptr可以保存对象状态，支持资源管理。
序列化 ：
- 通过std::stringstream或 Boost.Serialization 可以将对象状态保存到流中。
异常处理 ：
- C++ 的异常处理机制可以看作是一种隐式的备忘录模式，异常抛出时保存调用栈状态。

七、优缺点分析

优点：

封装性：保护对象内部状态不被外部访问。
简化设计：将状态管理逻辑从原发器中分离。
支持撤销：方便实现多级撤销和重做功能。
符合开闭原则：新增备忘录类型无需修改现有代码。

缺点：

资源消耗：保存大量备忘录可能占用过多内存。
性能影响：频繁创建和恢复备忘录可能影响性能。
维护成本：如果原发器状态复杂，备忘录的维护可能变得困难。

八、实战案例：游戏角色状态存档

以下是一个游戏角色状态存档的实现示例，支持角色状态的保存和恢复：