设计模式——备忘录模式

定义与概念

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为设计模式，用于在不破坏封装性的前提下捕获和保存一个对象的内部状态，以便之后可以将对象恢复到该状态。这个模式就像是为对象的某个时刻的状态拍了一张 “快照”，之后可以根据这张 “快照” 让对象回到当时的状态。

结构组成

• 原发器（Originator）：
  这是需要保存和恢复状态的对象。它创建一个备忘录对象来保存自己的当前状态，并可以使用备忘录对象来恢复状态。例如，在一个文本编辑器中，文档对象就是原发器，它可以保存文档的当前内容、格式等状态信息到备忘录中，也可以从备忘录中恢复这些状态。
• 备忘录（Memento）：
  备忘录对象用于存储原发器的内部状态。它是一个内部状态的存储载体，并且要防止原发器以外的对象访问备忘录的内部状态，以保证封装性。在文本编辑器的例子中，备忘录可能是一个包含文档内容和格式信息的数据结构，它只提供给原发器访问这些信息的接口。
• 负责人（Caretaker）：
  负责人对象负责保存备忘录对象，但它不能访问备忘录的内容。负责人对象主要是在合适的时机存储和提供备忘录对象给原发器。例如，在文本编辑器中，撤销 / 重做功能模块可以作为负责人，它保存文档对象每次更改后的备忘录，当用户需要撤销操作时，它就把相应的备忘录提供给文档对象，让文档对象恢复状态。

工作原理

当原发器需要保存状态时，它创建一个备忘录对象，将自身的当前状态信息复制到备忘录对象中。然后，原发器将备忘录对象交给负责人进行保存。当需要恢复状态时，原发器向负责人请求获取之前保存的备忘录对象，然后使用备忘录对象中的状态信息来恢复自身的状态。

代码示例

以下是一个简单的 C++ 备忘录模式示例，模拟一个简单游戏角色的状态保存和恢复。
备忘录类（Memento）

class Memento {
private:
    int health;
    int mana;
public:
    Memento(int h, int m) : health(h), mana(m) {}
    int getHealth() const {
        return health;
    }
    int getMana() const {
        return mana;
    }
};

原发器类 - 游戏角色（GameCharacter）

class GameCharacter {
private:
    int health;
    int mana;
public:
    GameCharacter() : health(100), mana(50) {}
    Memento createMemento() {
        return Memento(health, mana);
    }
    void restoreMemento(const Memento& memento) {
        health = memento.getHealth();
        mana = memento.getMana();
    }
    void takeDamage(int damage) {
        health -= damage;
    }
    void useMana(int cost) {
        mana -= cost;
    }
    void displayStatus() {
        std::cout << "生命值: " << health << ", 魔法值: " << mana << std::endl;
    }
};

• 负责人类 - 游戏存档（GameSave）

class GameSave {
private:
    Memento memento;
public:
    void saveMemento(const Memento& m) {
        memento = m;
    }
    Memento getMemento() const {
        return memento;
    }
};

• 使用示例

int main() {
    GameCharacter character;
    character.displayStatus();

    GameSave save;
    save.saveMemento(character.createMemento());

    character.takeDamage(30);
    character.useMana(20);
    character.displayStatus();

    character.restoreMemento(save.getMemento());
    character.displayStatus();

    return 0;
}

优点

• 保持封装性：
  备忘录模式通过将状态的保存和恢复封装在原发器和备忘录对象中，使得其他对象无法直接访问和修改状态信息，保证了对象状态的安全性和封装性。例如，在一个复杂的软件系统中，核心业务对象的状态可以通过备忘录模式进行保存和恢复，而不会被其他无关模块随意修改。
• 便于状态恢复和撤销操作：
  可以方便地实现对象状态的恢复功能，如撤销操作。在文本编辑器、图形编辑软件等应用中，备忘录模式可以很好地支持撤销 / 重做功能，用户可以轻松地将对象恢复到之前的某个状态。
• 支持多状态保存：
  可以通过负责人对象保存多个不同时刻的备忘录，从而支持对象恢复到多个不同的历史状态。例如，在游戏开发中，可以保存游戏角色在多个关卡开始时的状态，玩家可以选择恢复到任意一个关卡开始时的状态。

缺点

• 资源消耗：
  如果需要频繁地保存对象的状态，可能会消耗大量的内存等资源，尤其是当对象的状态数据量较大时。例如，在一个视频编辑软件中，如果频繁保存视频的每一帧状态，会占用大量的存储空间。
• 复杂的状态管理：
  对于复杂的对象状态，备忘录的创建、保存和恢复操作可能会变得复杂。例如，当对象的状态包含多个相互关联的子状态，或者状态的保存和恢复需要考虑一些特殊的业务逻辑时，备忘录模式的实现会变得困难。