设计模式之备忘录模式

问题背景

在开发一个文本编辑器应用时，实现撤销（Undo）和重做（Redo）功能是一项常见需求。用户在编辑文本时可能会进行错误操作，需要一个机制可以回退到之前的状态。传统的方法可能需要复制整个编辑状态，这既不高效也不易于管理。备忘录模式提供了一种解决方案，允许保存和恢复对象的内部状态，同时不违反对象的封装性。

问题分析

1. 问题背景和需求：
   文本编辑器的用户在编辑过程中可能会犯错误，或者希望查看之前的编辑状态。提供一种有效且用户友好的方法来管理这些状态非常重要。

2. 备忘录模式的适用性：
   备忘录模式通过三个主要对象来实现状态的保存和恢复：原发器（Originator）、备忘录（Memento）和管理者（Caretaker）。原发器负责生成备忘录对象以保存当前的状态，并可以使用备忘录对象恢复到之前的状态。管理者则负责保存备忘录，但它不修改备忘录或检查其内容。

3. 设计类结构和接口：

• 原发器（Originator）：负责创建备忘录以保存其当前状态，并能使用备忘录恢复到先前的状态。
• 备忘录（Memento）：作为一个纯粹的数据结构，存储原发器的状态，对除原发器外的其他对象隐藏其实现细节。
• 管理者（Caretaker）：持有备忘录，但除了获取和保存备忘录外不进行任何操作。

代码部分

定义原发器、备忘录和管理者：

#include 
#include 

// 备忘录类
class Memento {
    friend class Originator;
    std::string state;
    Memento(const std::string& s) : state(s) {}
public:
    std::string getState() const { return state; }
};

// 原发器类
class Originator {
    std::string state;
public:
    void setState(const std::string& s) {
        state = s;
        std::cout << "State set to: " << state << std::endl;
    }

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

    void restoreState(const Memento& memento) {
        state = memento.getState();
        std::cout << "State restored to: " << state << std::endl;
    }
};

// 管理者类
class Caretaker {
    std::vector<Memento> mementos;
public:
    void saveMemento(const Memento& m) {
        mementos.push_back(m);
    }

    Memento getMemento(int index) {
        if (index < 0 || index >= mementos.size()) {
            throw std::runtime_error("Invalid index");
        }
        return mementos[index];
    }
};

int main() {
    Originator editor;      // 创建原发器对象，代表文本编辑器
    Caretaker caretaker;    // 创建管理者对象，负责管理备忘录

    // 用户在编辑器中的操作
    editor.setState("State1: Hello");
    caretaker.saveMemento(editor.createMemento()); // 保存状态1

    editor.setState("State2: Hello World");
    caretaker.saveMemento(editor.createMemento()); // 保存状态2

    // 撤销到先前状态
    editor.restoreState(caretaker.getMemento(0));  // 恢复到状态1

    // 可能的输出展示
    editor.setState("State3: Hello World!!!");
    caretaker.saveMemento(editor.createMemento()); // 保存新状态

    // 重做到更新后的状态
    editor.restoreState(caretaker.getMemento(2));  // 恢复到状态3

    return 0;
}

代码分析和总结

备忘录模式的实现展示了如何有效地管理文本编辑器的状态历史，以支持撤销和重做操作。

1. 备忘录模式的组件互动：

• 原发器（Originator）负责创建包含其当前状态的备忘录，并可以使用备忘录恢复到之前的状态。
• 备忘录（Memento）封装了原发器的内部状态，从而使得该状态可以独立于原发器外部保存和恢复。
• 管理者（Caretaker）管理备忘录的存储，确保备忘录的保存和获取按照需求进行，但它不查看或操作备忘录的内容。

2. 备忘录模式的优势：

• 封装性：备忘录模式很好地封装了状态的保存和恢复过程，原发器的内部状态对其他对象保持私有，从而不会破坏原发器对象的封装。
• 易于管理：通过管理者类，备忘录的管理变得集中和一致，使得实现撤销和重做功能变得更加直观和易于维护。

3. 潜在的不足：

• 资源消耗：如果原发器的状态大或状态保存频繁，备忘录可能会消耗大量内存。
• 复杂性管理：在具有复杂状态的应用中，确保备忘录正确捕获和恢复所有必要的状态细节可能变得挑战。

总的来说，备忘录模式为管理对象的状态提供了一种有效的方法，尤其适用于需要撤销和重做操作的应用。它通过分离状态存储和对象行为，增强了系统的可维护性和扩展性。