2023-7-24-第二十二式备忘录模式

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本文摘要

设计方法二十三式之备忘录模式

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一、基础概念

备忘录模式是一种软件设计模式，用于在不破坏封装性的情况下保存和恢复对象的内部状态。它允许将对象的状态保存到一个称为备忘录的中介者(或备份)中，并在需要时从中恢复。这样可以有效地实现撤销操作、历史记录功能或者以某种方式回滚对象的状态。

备忘录模式由三个主要角色组成：

1. 发起人（Originator）：发起人是包含需要保存状态的对象。它可以创建并保存当前状态到备忘录中，或者从备忘录中恢复之前保存的状态。

2. 备忘录（Memento）：备忘录是存储发起人对象状态的中介者。它提供了一种封装机制，确保只有发起人对象可以访问其内部状态。

3. 管理者（Caretaker）：管理者负责保存和恢复备忘录。它可以存储多个备忘录对象，并按需调用备忘录的保存和恢复方法。

使用备忘录模式可以使对象的状态管理更加灵活，同时也遵循了面向对象设计原则中的封装与单一职责原则。该模式在需要实现撤销、重做、历史记录等功能时非常有用，并且能够简化代码的复杂性。

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‍二、备忘录模式实现

在 C++ 中实现备忘录模式，我们可以按照以下步骤进行：

1. 定义发起人类（Originator）：发起人类是需要保存状态的对象。它包含要保存和恢复的数据成员，并提供创建备忘录、从备忘录中恢复状态的方法。

class Originator {
private:
    std::string state;

public:
    void setState(const std::string& newState) {
        state = newState;
    }

    std::string getState() const {
        return state;
    }

    Memento createMemento() const {
        return Memento(state);
    }

    void restoreFromMemento(const Memento& memento) {
        state = memento.getState();
    }
};

2. 定义备忘录类（Memento）：备忘录类用于存储发起人对象的状态。它包含一个或多个与发起人对象相关的数据成员，并提供获取和设置状态的方法。

class Memento {
private:
    std::string state;

public:
    Memento(const std::string& newState) : state(newState) {}

    std::string getState() const {
        return state;
    }
};

3. 定义管理者类（Caretaker）：管理者类负责保存和恢复备忘录。它可以存储多个备忘录对象，并提供保存和获取备忘录的方法。

class Caretaker {
private:
    std::vector<Memento> mementos;

public:
    void addMemento(const Memento& memento) {
        mementos.push_back(memento);
    }

    Memento getMemento(int index) const {
        return mementos[index];
    }
};

现在，我们可以使用这些类进行测试：

int main() {
    Originator originator;
    Caretaker caretaker;

    // 设置初始状态
    originator.setState("State A");
    
    // 保存当前状态到备忘录
    caretaker.addMemento(originator.createMemento());

    // 修改状态
    originator.setState("State B");

    // 再次保存当前状态到备忘录
    caretaker.addMemento(originator.createMemento());

    // 恢复到第一个备忘录的状态
    originator.restoreFromMemento(caretaker.getMemento(0));

    std::cout << "Current state: " << originator.getState() << std::endl;  // 输出：Current state: State A

    return 0;
}

在上述示例中，我们创建了一个发起人对象 originator 和一个管理者对象 caretaker。通过设置和修改发起人对象的状态，并使用备忘录保存和恢复操作，我们可以验证备忘录模式的实现。

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三、模块之间的关系

在备忘录模式中，有三个主要的角色：发起人（Originator）、备忘录（Memento）和管理者（Caretaker）。它们之间的关系如下：

1. 发起人（Originator）：发起人是包含需要保存状态的对象。它负责创建备忘录对象并将自身的状态保存到备忘录中，或者从备忘录中恢复之前保存的状态。发起人可以直接访问备忘录对象的状态。

2. 备忘录（Memento）：备忘录是存储发起人对象状态的中介者。它提供了一种封装机制，确保只有发起人对象可以访问其内部状态。备忘录类通常只包含与发起人对象相关的数据成员，并提供获取和设置状态的方法。

3. 管理者（Caretaker）：管理者负责保存和恢复备忘录。它可以存储多个备忘录对象，并按需调用备忘录的保存和恢复方法。管理者对象不知道具体的备忘录结构，只负责管理备忘录对象的集合。

下面是备忘录模式中这些角色之间的交互流程：

1. 发起人对象通过调用 createMemento 方法创建一个备忘录对象，并将自身的状态保存到备忘录中。
2. 发起人对象可以通过调用 getState 方法获取当前状态，并通过 setState 方法修改状态。
3. 发起人对象可以使用备忘录对象的数据，但不能直接访问备忘录对象内部的数据成员。
4. 管理者对象负责保存备忘录对象。它使用 addMemento 方法将备忘录对象添加到一个集合中，并使用 getMemento 方法从集合中获取备忘录对象。
5. 恢复先前状态时，发起人对象调用 restoreFromMemento 方法，并传递所需的备忘录对象。发起人对象根据备忘录对象中保存的状态恢复自身的状态。

因此，备忘录模式的关系是一种单向的、松散的耦合关系，其中发起人对象控制着备忘录的创建和恢复过程，而管理者对象负责保存和提供备忘录对象，以实现状态的保存和恢复。

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‍四、注意事项

在使用备忘录模式时，有一些注意事项需要考虑：

1. 备忘录对象的封装性：备忘录对象应该被设计为只有发起人对象能够访问和修改其内部状态。这样可以确保备忘录模式的封装性，防止其他对象直接访问和修改备忘录对象的状态。

2. 对象状态的保存和恢复：发起人对象应该负责将自身的状态保存到备忘录中，并从备忘录中恢复状态。确保在合适的时间和位置调用相应的保存和恢复方法，以实现正确的状态管理。

3. 管理者对象的职责：管理者对象负责保存和提供备忘录对象，但并不了解备忘录的具体结构。管理者对象应该限制对备忘录的访问，并只提供必要的方法来保存和获取备忘录对象。

4. 内存消耗的考虑：备忘录模式可能会导致内存消耗较大，特别是当需要保存大量的状态或历史记录时。在设计时需要权衡内存效率和功能需求，避免过度使用备忘录对象。

5. 可撤销操作的处理：备忘录模式常用于实现撤销操作、重做功能或历史记录。在实现中，需要确保发起人对象和管理者对象之间的协调，以便正确地保存和恢复状态，实现可撤销操作的逻辑。

综上所述，备忘录模式是一种有用的设计模式，可以实现对象状态的保存和恢复。在使用时需要注意封装性、状态的保存与恢复、管理者对象的职责、内存消耗以及可撤销操作的处理等方面的考虑。

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五、使用场景

备忘录模式适用于以下场景：

1. 需要实现撤销和恢复功能：备忘录模式可以用于保存对象的历史状态，以便在需要时进行撤销操作或恢复到之前的状态。例如，在文本编辑器中可以使用备忘录模式实现撤销和重做功能。

2. 需要记录对象状态历史记录：如果需要跟踪和记录对象的状态变化历史，备忘录模式是一种有效的设计模式。它可以让对象保存不同时间点的状态，并在需要时查看或还原这些状态。例如，在游戏中可以使用备忘录模式记录玩家的游戏进度。

3. 需要实现快照功能：备忘录模式可以用于实现快照功能，即在特定时间点保存对象的完整状态。这样可以随时恢复对象到该时间点的状态。例如，在虚拟机中可以使用备忘录模式保存虚拟机的快照，以便在需要时恢复到该快照。

4. 需要实现数据版本控制：备忘录模式可以用于实现数据版本控制，特别是在多用户环境下对数据进行并发修改的情况。备忘录模式可以帮助记录和管理不同版本的数据状态，从而实现数据的版本控制和冲突解决。

总而言之，备忘录模式适用于需要保存、恢复或跟踪对象状态的场景。它提供了一种灵活的方式来管理对象状态，并可以在需要时进行撤销、历史记录或版本控制等操作。

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参考文献

文章总结

提示：这里对文章进行总结：

   本文讲了关于备忘录模式的知识。

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