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C++ 备忘录模式详解

ai 2025/5/11 9:08:51

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：

封装性原则：不暴露对象内部实现细节
单一职责原则：将状态保存与恢复职责分离
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

状态保存：可以轻松实现撤销/恢复功能
封装保护：不破坏对象的封装性
简化原发器：将状态管理职责分离
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

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
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
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_);}
};