C++怎么实现一个备忘录设计模式_C++行为型模式与状态保存恢复

备忘录设计模式通过发起者、备忘录和管理者三者协作，实现对象状态的保存与恢复。发起者负责创建和恢复状态，备忘录封装状态数据并限制访问权限，管理者存储备忘录但不操作其内容。C++中可借助友元类和动态内存管理实现，结合智能指针可避免内存泄漏，适用于撤销、重做等场景。

备忘录设计模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，用于在不破坏封装性的前提下，保存和恢复对象的内部状态。它特别适用于需要实现撤销操作、历史记录或状态快照的场景。C++中可以通过封装“发起者”、“备忘录”和“管理者”三个角色来实现这一模式。

发起者（Originator）：管理自身状态

发起者是拥有内部状态的对象，它可以创建一个包含当前状态的备忘录，并能从备忘录中恢复状态。

关键点是状态的保存与恢复方法，通常包括：

• setState()：设置当前状态
• createMemento()：生成一个包含当前状态的备忘录对象
• restoreFromMemento()：从备忘录中恢复状态

class Memento;
class Originator {
private:
std::string state;
public:
void setState(const std::string& s) {
state = s;
}
std::string getState() const {
    return state;
}

Memento* createMemento();

void restoreFromMemento(Memento* m);
};
备忘录（Memento）：封装状态数据
备忘录对象用来保存发起者的内部状态。为了维持封装性，备忘录对外只提供有限接口，通常仅允许发起者访问其内容。
常见做法是将发起者设为友元类，使其可读取私有状态，而外部只能通过管理者传递该对象。
示例代码片段：
class Memento {
private:
    std::string state;
    friend class Originator; // 允许Originator访问私有成员
Memento(const std::string& s) : state(s) {}
public:
~Memento() = default;
};
Originator 中实现 createMemento 和 restoreFromMemento：
Memento* Originator::createMemento() {
    return new Memento(state);
}
void Originator::restoreFromMemento(Memento* m) {
if (m) {
this->state = m->state;
}
}
管理者（Caretaker）：管理备忘录生命周期
管理者负责保存和管理多个备忘录对象，但它不能也不应直接访问备忘录中的状态数据。
它通常使用栈、列表等容器来存储历史状态，支持撤销、重做等功能。
示例代码片段：
class Caretaker {
private:
    std::vector mementos;
public:
void addMemento(Memento* m) {
mementos.push_back(m);
}
Memento* getMemento(int index) {
    if (index >= 0 && index < mementos.size()) {
        return mementos[index];
    }
    return nullptr;
}

~Caretaker() {
    for (auto m : mementos) {
        delete m;
    }
}
};
实际使用示例
下面是一个简单的使用流程，演示如何保存和恢复状态：
int main() {
    Originator originator;
    Caretaker caretaker;
originator.setState("State1");
caretaker.addMemento(originator.createMemento());

originator.setState("State2");
caretaker.addMemento(originator.createMemento());

originator.setState("State3");
std::cout << "Current: " << originator.getState() << std::endl;

// 撤销到前一个状态
originator.restoreFromMemento(caretaker.getMemento(1));
std::cout << "After undo: " << originator.getState() << std::endl;

return 0;
}
输出结果：
Current: State3
After undo: State2
基本上就这些。这个模式的核心在于解耦状态保存与业务逻辑，同时保护对象的封装性。在实际项目中，可以结合智能指针（如 std::unique_ptr）管理备忘录生命周期，避免内存泄漏。对于复杂状态，建议按需深拷贝关键字段，确保状态独立性。




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