备忘录模式C++

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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