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Qt C++设计模式-＞备忘录模式

news 2026/1/28 14:47:55

备忘录模式（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，捕获并保存对象的内部状态，以便在将来的某个时刻可以恢复到之前的状态。备忘录模式的核心是状态的保存和恢复，常用于实现撤销、回滚等功能。

备忘录模式的应用场景

备忘录模式特别适合以下场景：

撤销/恢复操作：例如文本编辑器中的撤销功能，通过备忘录保存每次操作的状态，用户可以随时回到某个历史状态。
数据快照：保存对象在某个时刻的快照，以便之后回溯或调试。
事务管理：在处理复杂的事务时，可以在中间点保存状态，当某个操作失败时，回滚到之前的状态。

备忘录模式的核心

备忘录模式的主要组成部分包括：

发起者（Originator）：负责创建并恢复备忘录，保存当前的状态到备忘录中，或者从备忘录中恢复状态。
备忘录（Memento）：用于存储发起者的内部状态，不对外公开备忘录的实现细节。
负责人（Caretaker）：负责保存和管理备忘录，但不会操作或修改备忘录的内容。它只知道备忘录保存的状态，并在需要时将备忘录传递回发起者进行状态恢复。

备忘录模式强调的是封装性，发起者的内部状态不应该对外暴露，备忘录类也应该避免暴露这些细节。

备忘录模式的示例代码

假设我们在开发一个文本编辑器，并希望提供撤销和恢复功能，每当用户输入一段文本时，我们将保存当前状态，以便用户可以随时撤销操作。

1. 定义发起者、备忘录和负责人

#include <QDebug>
#include <QString>
#include <QStack>// 备忘录类：保存文本编辑器的状态
class Memento {
private:QString state;  // 保存的状态public:Memento(const QString& state) : state(state) {}QString getState() const {return state;  // 返回保存的状态}
};// 发起者类：文本编辑器
class TextEditor {
private:QString text;  // 当前的文本状态public:void setText(const QString& newText) {text = newText;}QString getText() const {return text;}// 创建备忘录，保存当前状态Memento* save() const {return new Memento(text);}// 从备忘录中恢复状态void restore(Memento* memento) {if (memento) {text = memento->getState();}}
};// 负责人类：管理备忘录
class Caretaker {
private:QStack<Memento*> history;  // 保存备忘录的栈public:void saveMemento(Memento* memento) {history.push(memento);  // 保存当前状态的备忘录}Memento* undo() {if (!history.isEmpty()) {Memento* lastState = history.pop();  // 取出最后一个保存的备忘录return lastState;}return nullptr;  // 没有更多历史状态}~Caretaker() {// 清理保存的备忘录while (!history.isEmpty()) {delete history.pop();}}
};// 使用示例
int main() {TextEditor* editor = new TextEditor();Caretaker* caretaker = new Caretaker();// 初始文本editor->setText("Hello");qDebug() << "Current text:" << editor->getText();  // 输出：Current text: Hello// 保存状态caretaker->saveMemento(editor->save());// 用户修改文本editor->setText("Hello, World");qDebug() << "Current text after modification:" << editor->getText();  // 输出：Current text after modification: Hello, World// 再次保存状态caretaker->saveMemento(editor->save());// 用户再次修改文本editor->setText("Hello, Qt!");qDebug() << "Current text after second modification:" << editor->getText();  // 输出：Current text after second modification: Hello, Qt!// 执行撤销操作editor->restore(caretaker->undo());qDebug() << "Current text after undo:" << editor->getText();  // 输出：Current text after undo: Hello, World// 再次执行撤销操作editor->restore(caretaker->undo());qDebug() << "Current text after second undo:" << editor->getText();  // 输出：Current text after second undo: Hello// 清理内存delete editor;delete caretaker;return 0;
}

代码解析

Memento类：这是备忘录类，负责保存发起者的状态。在这个例子中，它保存文本编辑器中的文本状态，并通过getState方法提供对状态的访问。
TextEditor类：这是发起者类，它拥有当前的文本状态，并且可以创建备忘录来保存当前状态或从备忘录中恢复状态。
Caretaker类：这是负责人类，它保存所有的备忘录（通过栈存储历史状态），并在需要时将备忘录返回给发起者进行状态恢复。undo方法从栈中弹出最后保存的状态，模拟撤销操作。
客户端代码：客户端通过修改文本，并在每次修改后保存状态。通过调用Caretaker的undo方法，客户端可以恢复到之前的文本状态，模拟撤销操作。

备忘录模式的优点

保存历史状态：备忘录模式允许你保存对象的状态，并在将来恢复这些状态。非常适合实现撤销、恢复、回滚等功能。
封装性好：备忘录类不暴露发起者的内部状态，保证了发起者的封装性。发起者和负责人只通过备忘录进行状态的保存和恢复，而不需要直接操作发起者的状态。
减少耦合：负责人只负责保存和管理备忘录，而不直接参与发起者的逻辑，职责清晰。

备忘录模式的缺点

内存开销大：每次保存对象的状态都需要创建一个新的备忘录对象，尤其是当对象状态非常庞大时，可能会导致大量的内存占用。
实现复杂性：如果对象的状态非常复杂，备忘录模式的实现也会相应复杂，尤其是在需要保存多个部分或大对象时。

适合使用备忘录模式的情况

需要实现撤销/恢复操作：例如文本编辑器、绘图工具、IDE等支持撤销/恢复功能的应用程序。
需要保存对象的历史状态：当系统需要定期保存某些对象的状态以便将来回溯时，可以使用备忘录模式。
需要避免直接暴露内部状态：如果需要在多个地方保存对象的状态，但不想让外界直接访问或修改对象的内部状态，备忘录模式是一个很好的选择。

不适合使用备忘录模式的情况

对象状态非常庞大：如果发起者的状态非常庞大，频繁创建备忘录会带来较大的内存开销，不适合使用备忘录模式。
状态变化频繁：如果对象状态变化频繁，并且每次都需要保存，那么备忘录模式会带来大量性能问题。

Qt中的备忘录模式应用

在Qt开发中，备忘录模式可以用于实现撤销/恢复功能。例如，在一个文本编辑器或绘图工具中，用户的每次操作都可能改变对象的状态，这些操作可以通过备忘录模式保存下来，并在需要时回滚或恢复。Qt中有些类（如QUndoStack）可以直接实现类似的撤销功能，它们内部也可能应用了备忘录模式的思想。

总结

备忘录模式通过保存对象的状态并在将来进行恢复，使得系统能够实现撤销、回滚等功能，同时保证了对象内部状态的封装性。它非常适合用于保存对象的历史状态、支持撤销操作的场景。然而，备忘录模式的内存开销较大，不适合频繁状态变化且状态庞大的对象。