C++如何实现一个备忘录模式_C++设计模式之捕获对象状态并支持回滚

备忘录模式通过发起者创建、管理者保存、备忘录存储状态实现对象状态的保存与恢复，适用于撤销、回滚等场景，如文本编辑器；关键在于私有化备忘录构造函数并用友元保证封装性，使用栈管理多级撤销，注意内存开销与深拷贝问题。

在C++中实现备忘录模式，核心是捕获一个对象的内部状态，并在不破坏封装性的前提下将其保存，以便后续恢复。这种设计常用于需要支持撤销、回滚或历史记录功能的场景，比如文本编辑器、游戏存档、配置管理等。

备忘录模式的角色组成

备忘录模式包含三个基本角色：

发起者（Originator）：拥有内部状态，能够创建备忘录来保存当前状态，也能通过备忘录恢复状态。
备忘录（Memento）：负责存储发起者的内部状态。通常将构造函数设为私有，仅允许发起者访问其内容。
管理者（Caretaker）：负责保存和管理备忘录，但不能修改或查看其内容。

实现步骤与代码示例

以下是一个简单的C++实现，模拟文本编辑器的撤销功能：

#include 
#include 
#include 

class Memento;

// 发起者：文本编辑器
class TextEditor {
private:
    std::string content;

public:
    void write(const std::string& text) {
        content += text;
    }

    std::string getContent() const {
        return content;
    }

    // 创建备忘录
    Memento createMemento() const;

    // 恢复状态
    void restoreFromMemento(const Memento& m);
};

// 备忘录类
class Memento {
    friend class TextEditor; // 允许TextEditor访问私有成员

private:
    std::string state;

    // 私有构造函数，仅发起者可创建
    Memento(const std::string& state) : state(state) {}

public:
    std::string getState() const {
        return state;
    }
};

// 成员函数实现在Memento定义之后
Memento TextEditor::createMemento() const {
    return Memento(content);
}

void TextEditor::restoreFromMemento(const Memento& m) {
    content = m.state;
}

// 管理者：负责保存和恢复备忘录
class History {
private:
    std::stack snapshots;

public:
    void push(const Memento& m) {
        snapshots.push(m);
    }

    Memento pop() {
        if (snapshots.empty()) {
            throw std::runtime_error("No snapshots available");
        }
        Memento m = snapshots.top();
        snapshots.pop();
        return m;
    }

    bool empty() const {
        return snapshots.empty();
    }
};

使用示例：

int main() {
    TextEditor editor;
    History history;

    editor.write("Hello ");
    history.push(editor.createMemento()); // 保存状态

    editor.write("World!");
    std::cout << "Current: " << editor.getContent() << "\n";

    editor.restoreFromMemento(history.pop()); // 撤销
    std::cout << "After undo: " << editor.getContent() << "\n";

    return 0;
}