设计模式每日硬核训练 Day 18：备忘录模式（Memento Pattern）完整讲解与实战应用

🔄 回顾 Day 17：中介者模式小结

在 Day 17 中，我们学习了中介者模式（Mediator Pattern）：

用一个中介者集中管理对象之间的通信。
降低对象之间的耦合，适用于聊天系统、GUI 控件联动、塔台调度等。

今天进入一个非常贴近用户操作体验的设计模式——备忘录模式（Memento Pattern）。

备忘录模式：在不破坏封装的前提下，保存对象的内部状态，便于后续恢复到某一状态。

它是“撤销 / 恢复”操作背后的设计思想核心。

一、备忘录模式的应用动机

在许多软件中，我们都可以看到“撤销（Undo）”、“恢复（Redo）”等功能：

文本编辑器可以撤销几次输入
游戏中可以回到某个存档
图像处理工具支持操作历史回退

这就要求：

程序能保存某个时刻的状态
恢复时不依赖外部记录
保证对象内部状态的私有性（封装）

✅ 所以我们引入备忘录模式：由备忘录（Memento）保存对象状态，管理员（Caretaker）持有备忘录，对象（Originator）可保存/恢复。

二、结构图（UML）

+----------------+
| Originator     |
+----------------+
| +createMemento |
| +restore(m)    |
+----------------+|v
+----------------+
| Memento        |
+----------------+
|  state         |
+----------------+^|
+----------------+
| Caretaker      |
+----------------+
|  history       |
+----------------+

在这里插入图片描述

三、角色说明

角色	说明
Originator	发起人：定义要保存的状态，并创建和恢复备忘录
Memento	备忘录：存储发起人对象的状态，不提供修改接口
Caretaker	管理者：保存备忘录对象，不操作其内容，仅作管理使用

四、C++ 实现：文本编辑器 Undo 示例

我们模拟一个文本编辑器，每次输入文本都可以保存当前状态。

✅ Originator 类：TextEditor

class Memento {std::string state_;
public:Memento(const std::string& s) : state_(s) {}std::string getState() const { return state_; }
};class TextEditor {std::string text_;
public:void type(const std::string& newText) {text_ += newText;}std::shared_ptr<Memento> save() {return std::make_shared<Memento>(text_);}void restore(std::shared_ptr<Memento> m) {text_ = m->getState();}void show() const {std::cout << "当前内容：" << text_ << std::endl;}
};

✅ Caretaker：备忘录栈

class Caretaker {std::stack<std::shared_ptr<Memento>> history_;
public:void backup(std::shared_ptr<Memento> m) {history_.push(m);}std::shared_ptr<Memento> undo() {if (!history_.empty()) {auto m = history_.top();history_.pop();return m;}return nullptr;}
};

✅ 使用示例

int main() {TextEditor editor;Caretaker caretaker;editor.type("Hello ");caretaker.backup(editor.save());editor.type("World!");caretaker.backup(editor.save());editor.type(" This should be undone.");editor.show();editor.restore(caretaker.undo());editor.show();editor.restore(caretaker.undo());editor.show();return 0;
}

输出：

当前内容：Hello World! This should be undone.
当前内容：Hello World!
当前内容：Hello

五、实际项目中的应用场景

场景	应用说明
编辑器（文本、图像）	操作历史，撤销恢复
游戏进度管理	存档机制，一键恢复到特定状态
配置参数修改	一键还原到默认参数或历史设置
工作流状态保存	在流程推进过程中保存流程中间状态
数据库事务管理	快照、事务回滚

六、优缺点分析

✅ 优点：

保留对象状态，支持撤销与恢复
不破坏封装性，状态由对象自身保存
多个备份版本可管理

❗ 缺点：

状态快照可能占用较大内存
多次保存增加性能开销
管理复杂，需注意备份何时保存/清理

七、与命令、原型模式对比

模式	意图	特点
备忘录 Memento	保存对象内部状态	封装状态，支持恢复
命令 Command	将操作封装为对象，支持撤销	记录操作动作，而非对象状态本身
原型 Prototype	克隆对象	一般用于新对象创建，非状态回滚