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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

冬墨同学_1404

冬墨同学_1404

发布时间:2025-11-23 14:37:02

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来源于php中文网

原创

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。

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(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
示例代码片段:
class Memento;
<p>class Originator {
private:
std::string state;
public:
void setState(const std::string& s) {
state = s;
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>std::string getState() const {
    return state;
}

Memento* createMemento();

void restoreFromMemento(Memento* m);

};

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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
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>Memento(const std::string& s) : state(s) {}

public: ~Memento() = default; };

Originator 中实现 createMemento 和 restoreFromMemento:

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载
Memento* Originator::createMemento() {
    return new Memento(state);
}
<p>void Originator::restoreFromMemento(Memento* m) {
if (m) {
this->state = m->state;
}
}</p>

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<Memento*> mementos;
<p>public:
void addMemento(Memento* m) {
mementos.push_back(m);
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>Memento* getMemento(int index) {
    if (index >= 0 && index < mementos.size()) {
        return mementos[index];
    }
    return nullptr;
}

~Caretaker() {
    for (auto m : mementos) {
        delete m;
    }
}

};

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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;
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>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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