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C++如何实现一个备忘录模式_C++设计模式之捕获对象状态并支持回滚

穿越時空

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发布时间:2025-12-14 18:56:59

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备忘录模式通过发起者创建、管理者保存、备忘录存储状态实现对象状态的保存与恢复,适用于撤销、回滚等场景,如文本编辑器;关键在于私有化备忘录构造函数并用友元保证封装性,使用栈管理多级撤销,注意内存开销与深拷贝问题。

c++如何实现一个备忘录模式_c++设计模式之捕获对象状态并支持回滚

在C++中实现备忘录模式,核心是捕获一个对象的内部状态,并在不破坏封装性的前提下将其保存,以便后续恢复。这种设计常用于需要支持撤销、回滚或历史记录功能的场景,比如文本编辑器、游戏存档、配置管理等。

备忘录模式的角色组成

备忘录模式包含三个基本角色:

  • 发起者(Originator):拥有内部状态,能够创建备忘录来保存当前状态,也能通过备忘录恢复状态。
  • 备忘录(Memento):负责存储发起者的内部状态。通常将构造函数设为私有,仅允许发起者访问其内容。
  • 管理者(Caretaker):负责保存和管理备忘录,但不能修改或查看其内容。

实现步骤与代码示例

以下是一个简单的C++实现,模拟文本编辑器的撤销功能:

#include 
#include 
#include 

class Memento;

// 发起者:文本编辑器
class TextEditor {
private:
    std::string content;

public:
    void write(const std::string& text) {
        content += text;
    }

    std::string getContent() const {
        return content;
    }

    // 创建备忘录
    Memento createMemento() const;

    // 恢复状态
    void restoreFromMemento(const Memento& m);
};

// 备忘录类
class Memento {
    friend class TextEditor; // 允许TextEditor访问私有成员

private:
    std::string state;

    // 私有构造函数,仅发起者可创建
    Memento(const std::string& state) : state(state) {}

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

// 成员函数实现在Memento定义之后
Memento TextEditor::createMemento() const {
    return Memento(content);
}

void TextEditor::restoreFromMemento(const Memento& m) {
    content = m.state;
}

// 管理者:负责保存和恢复备忘录
class History {
private:
    std::stack snapshots;

public:
    void push(const Memento& m) {
        snapshots.push(m);
    }

    Memento pop() {
        if (snapshots.empty()) {
            throw std::runtime_error("No snapshots available");
        }
        Memento m = snapshots.top();
        snapshots.pop();
        return m;
    }

    bool empty() const {
        return snapshots.empty();
    }
};

使用示例:

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int main() {
    TextEditor editor;
    History history;

    editor.write("Hello ");
    history.push(editor.createMemento()); // 保存状态

    editor.write("World!");
    std::cout << "Current: " << editor.getContent() << "\n";

    editor.restoreFromMemento(history.pop()); // 撤销
    std::cout << "After undo: " << editor.getContent() << "\n";

    return 0;
}

关键设计要点

实现时需注意以下几点以保证封装性和安全性:

  • Memento 的构造函数设为私有,防止外部直接构造非法状态。
  • 使用 friend 关键字让发起者能访问备忘录的私有数据,而管理者只能存储和传递,无法查看或修改。
  • 若状态较大,可考虑使用指针或共享所有权(如 std::shared_ptr)避免频繁拷贝。
  • 支持多级撤销时,可用结构保存多个备忘录;若需内存优化,可引入快照压缩或差量存储。

适用场景与注意事项

备忘录模式适合用于需要精确回滚到历史状态的场合。但它会带来一定的内存开销,尤其是状态大或保存频繁时。应根据实际需求控制保存频率,或设置最大保存数量。

如果对象状态无法被安全复制(如包含资源句柄),需实现深拷贝逻辑。对于复杂对象,也可结合序列化机制保存状态。

基本上就这些。只要把握好封装边界,C++中的备忘录模式可以很清晰地实现状态保存与恢复。

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