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备忘录模式C++

news 2025/8/16 15:22:35

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，它允许在不暴露对象内部状态的情况下，捕获并保存对象的内部状态，以便在将来需要时恢复该状态。这种模式实现了对象状态的快照保存与恢复，常用于撤销操作、历史记录等场景。

备忘录模式的核心角色

Originator（发起人）：创建一个备忘录，用于记录自身当前状态；也可使用备忘录恢复状态
Memento（备忘录）：存储发起人的内部状态，对发起人以外的对象隐藏状态细节
Caretaker（负责人）：负责保存备忘录，但不能对备忘录的内容进行操作或检查

C++实现示例

以下以"文本编辑器的撤销功能"为例实现备忘录模式，支持保存文本的历史状态并在需要时恢复：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>// 备忘录类：存储文本状态（对外部隐藏实现细节）
class TextMemento {
private:// 只有发起人可以访问备忘录的状态friend class TextEditor;std::string content;  // 文本内容int cursorPos;        // 光标位置// 私有构造函数，防止外部创建TextMemento(std::string cont, int pos) : content(std::move(cont)), cursorPos(pos) {}
};// 发起人：文本编辑器
class TextEditor {
private:std::string content;  // 当前文本内容int cursorPos;        // 当前光标位置public:TextEditor() : cursorPos(0) {}// 输入文本void type(const std::string& text) {content.insert(cursorPos, text);cursorPos += text.length();}// 移动光标void moveCursor(int pos) {if (pos >= 0 && pos <= static_cast<int>(content.length())) {cursorPos = pos;}}// 创建备忘录（保存当前状态）std::unique_ptr<TextMemento> save() const {return std::make_unique<TextMemento>(content, cursorPos);}// 从备忘录恢复状态void restore(const TextMemento* memento) {if (memento) {content = memento->content;cursorPos = memento->cursorPos;}}// 显示当前状态void display() const {std::cout << "文本内容: " << content << std::endl;std::cout << "光标位置: " << cursorPos << std::endl;// 显示光标位置指示std::cout << "          " << std::string(cursorPos, ' ') << "^" << std::endl;}// 获取当前内容长度（用于测试）size_t getContentLength() const {return content.length();}
};// 负责人：历史记录管理器
class HistoryManager {
private:std::vector<std::unique_ptr<TextMemento>> mementos;  // 存储备忘录int currentIndex;  // 当前状态索引public:HistoryManager() : currentIndex(-1) {}// 保存新状态void saveState(std::unique_ptr<TextMemento> memento) {// 清除当前状态之后的历史（如果有）if (currentIndex < static_cast<int>(mementos.size()) - 1) {mementos.erase(mementos.begin() + currentIndex + 1, mementos.end());}// 添加新状态mementos.push_back(std::move(memento));currentIndex = mementos.size() - 1;}// 撤销操作（恢复到上一个状态）const TextMemento* undo() {if (currentIndex > 0) {currentIndex--;return mementos[currentIndex].get();}std::cout << "已到达最早状态，无法继续撤销" << std::endl;return nullptr;}// 重做操作（恢复到下一个状态）const TextMemento* redo() {if (currentIndex < static_cast<int>(mementos.size()) - 1) {currentIndex++;return mementos[currentIndex].get();}std::cout << "已到达最新状态，无法继续重做" << std::endl;return nullptr;}// 获取历史记录数量size_t getHistoryCount() const {return mementos.size();}
};// 客户端代码
int main() {// 创建文本编辑器和历史管理器TextEditor editor;HistoryManager history;// 第一次操作std::cout << "=== 第一次输入 ===" << std::endl;editor.type("Hello, ");editor.display();history.saveState(editor.save());  // 保存状态1// 第二次操作std::cout << "\n=== 第二次输入 ===" << std::endl;editor.type("World!");editor.display();history.saveState(editor.save());  // 保存状态2// 第三次操作std::cout << "\n=== 第三次输入 ===" << std::endl;editor.moveCursor(7);  // 移动光标到逗号后editor.type("Beautiful ");editor.display();history.saveState(editor.save());  // 保存状态3// 撤销一次std::cout << "\n=== 第一次撤销 ===" << std::endl;editor.restore(history.undo());editor.display();// 再撤销一次std::cout << "\n=== 第二次撤销 ===" << std::endl;editor.restore(history.undo());editor.display();// 重做一次std::cout << "\n=== 第一次重做 ===" << std::endl;editor.restore(history.redo());editor.display();return 0;
}

代码解析

备忘录（TextMemento）：
- 私有构造函数确保只有发起人（TextEditor）可以创建它
- 通过friend关键字让发起人访问其内部状态（content和cursorPos）
- 对负责人和客户端隐藏状态细节，保证封装性
发起人（TextEditor）：
- 维护文本编辑器的当前状态（内容和光标位置）
- 提供save()方法创建备忘录，捕获当前状态
- 提供restore()方法从备忘录恢复状态
- 包含文本编辑的核心功能（输入、移动光标等）
负责人（HistoryManager）：
- 管理备忘录的存储和检索，不直接操作备忘录内容
- 支持撤销（undo()）和重做（redo()）功能
- 维护当前状态索引，正确管理历史记录的顺序
工作流程：
- 编辑器每完成一次操作，通过save()创建备忘录并交由负责人保存
- 需要撤销时，负责人返回上一个备忘录，编辑器用其恢复状态
- 重做功能则恢复到撤销前的状态，实现了灵活的状态回溯