C++设计模式大全，23种设计模式合集详解—👉（点我跳转）

一、设计流程探讨

  假如你正在开发一款文字编辑器应用程序。除了简单的文字编辑功能外，编辑器中还要有设置文本格式和插入内嵌图片等功能。
  后来，你决定让用户能撤销施加在文本上的任何操作。这项功能在过去几年里变得十分普遍，因此用户期待任何程序都有这项功能。你选择采用直接的方式来实现该功能：程序在执行任何操作前会记录所有的对象状态，并将其保存下来。当用户此后需要撤销某个操作时，程序将从历史记录中获取最近的快照，然后使用它来恢复所有对象的状态。

  让我们来思考一下这些状态快照。首先，到底该如何生成一个快照呢？很可能你会需要遍历对象的所有成员变量并将其数值复制保存。但只有当对象对其内容没有严格访问权限限制的情况下，你才能使用该方式。不过很遗憾，绝大部分对象会使用私有成员变量来存储重要数据，这样别人就无法轻易查看其中的内容。
  现在我们暂时忽略这个问题，假设对象都像嬉皮士一样：喜欢开放式的关系并会公开其所有状态。尽管这种方式能够解决当前问题，让你可随时生成对象的状态快照，但这种方式仍存在一些严重问题。未来你可能会添加或删除一些成员变量。这听上去很简单，但需要对负责复制受影响对象状态的类进行更改。

  还有更多问题。让我们来考虑编辑器(Editor)状态的实际 “快照”，它需要包含哪些数据？至少必须包含实际的文本、 光标坐标和当前滚动条位置等。你需要收集这些数据并将其放入特定容器中，才能生成快照。
  你很可能会将大量的容器对象存储在历史记录列表中。这样一来，容器最终大概率会成为同一个类的对象。这个类中几乎没有任何方法，但有许多与编辑器状态一一对应的成员变量。为了让其他对象能保存或读取快照，你很可能需要将快照的成员变量设为公有。无论这些状态是否私有，其都将暴露一切编辑器状态。其他类会对快照类的每个小改动产生依赖，除非这些改动仅存在于私有成员变量或方法中，而不会影响外部类。
  我们似乎走进了一条死胡同：要么会暴露类的所有内部细节而使其过于脆弱；要么会限制对其状态的访问权限而无法生成快照。那么，我们还有其他方式来实现 “撤销” 功能吗？
解决方案：
  我们刚才遇到的所有问题都是封装 “破损” 造成的。一些对象试图超出其职责范围的工作。由于在执行某些行为时需要获取数据，所以它们侵入了其他对象的私有空间，而不是让这些对象来完成实际的工作。
  备忘录模式将创建状态快照(Snapshot)的工作委派给实际状态的拥有者原发器(Originator)对象。这样其他对象就不再需要从 “外部” 复制编辑器状态了，编辑器类拥有其状态的完全访问权，因此可以自行生成快照。
  模式建议将对象状态的副本存储在一个名为备忘录(Memento)的特殊对象中。除了创建备忘录的对象外，任何对象都不能访问备忘录的内容。其他对象必须使用受限接口与备忘录进行交互，它们可以获取快照的元数据(创建时间和操作名称等)，但不能获取快照中原始对象的状态。

  这种限制策略允许你将备忘录保存在通常被称为负责人(Caretakers)的对象中。由于负责人仅通过受限接口与备忘录互动，故其无法修改存储在备忘录内部的状态。同时，原发器拥有对备忘录所有成员的访问权限，从而能随时恢复其以前的状态。
  在文字编辑器的示例中，我们可以创建一个独立的历史(History)类作为负责人。编辑器每次执行操作前，存储在负责人中的备忘录栈都会生长。你甚至可以在应用的 UI 中渲染该栈，为用户显示之前的操作历史。
  当用户触发撤销操作时，历史类将从栈中取回最近的备忘录，并将其传递给编辑器以请求进行回滚。由于编辑器拥有对备忘录的完全访问权限，因此它可以使用从备忘录中获取的数值来替换自身的状态。

二、模式介绍

  虽然这个模式在我们当前的时代有些过时了，但我们也需要了解下该模式。当今实现的 Memento 模式很大部分都不是以前的那种面向对象的设计方式了(如字段映射的方法过于低级)，但是 “实现对信息隐藏” 的思想没有变，从而实现对信息状态的保存。
（1）模式动机
  在软件构建过程中，某些对象的状态在转换过程中，可能由于某种需要，要求程序能够回溯到对象之前处于某个点时的状态。如果使用一些公有接口来让其他对象得到对象的状态，便会暴露对象的细节实现。
  如何实现对象状态的良好保存与恢复？但同时又不会因此而破坏对象本身的封装性。
（2）模式定义
  在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可以将该对象恢复到原先保存的状态。
（3）要点总结
 a). 备忘录(Memento)存储原发器(Originator)对象的内部状态，在需要时恢复原发器状态。
 b). Memento模式的核心是信息隐藏，即 Originator 需要向外接隐藏信息，保持其封装性。但同时又需要将状态保持到外界(Memento) 。
 c). 由于现代语言运行时（如C#、Java等）都具有相当的对象序列化支持，因此往往采用效率较高、又较容易正确实现的序列化方案来实现Memento模式。

三、代码实现

  备忘录有三种比较常见的实现方式，在这里先举例出它们的类结构图，不对它们的代码逐一剖析。
基于嵌套类的实现

 
封装更加严格的实现

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  以下是备忘录模式经典例子的类图结构，以及伪代码的实现。但是缺点之一就像模式介绍所说的，这需要映射各种字段，这太低级了。

class Memento{
	string state;		 //映射字段
	//...还有很多状态，相当于其他需映射的字段
public:
	Memento(const string &s):state(s){}
	string getState() const { return state; }
	void setState(const string &s) { state = s; }
};
class Originator{		//这个类我们希望继续保持信息隐藏的特性
	string state;		//映射字段
	//...还有很多状态，相当于其他需映射的字段
public:
	Originator(){}
	Memento createMemento(){
		Memento m(state);
		return m;
	}
	void setMemento(const Memento &m) { state = m.getState(); }
};
int main(){
	Originator originator;
	//存储到备忘录
	Memento mem = originator.createMemento();
	
	//... 改变originator的状态

	//从备忘录中恢复
	originator.setMemento(mem);
}
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