C++设计模式 - 备忘录模式

开源519

发布于 2022-12-01 16:07:03

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发布于 2022-12-01 16:07:03

文章被收录于专栏：开源519开源519

前言

所有通过捷径所获取到的快乐，无论是金钱、性还是名望，最终都会给自己带来痛苦。人其实很难抵制诱惑，只能远离诱惑，所以千万不要高看自己的定力。 -- 罗翔

备忘录模式

❝在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。 ❞

就是实际的回退功能，将不同时间段的各状态数据依次存储至列表。当需要回退时，从列表取出各状态值载入即可。该模式又叫快照模式。

意义

「备忘录模式」 有点类似后悔药的功能，软件回档和撤回的功能就是备忘录的体现。

应用场景

玩游戏时，人物的状态（等级和血量）是随时间和操作改变的，设计存档和回退功能，实现某个时间点人物的状态备份，并能够回退上一个备份的状态。

分析

上述场景，主要需要保存当前人物的血量和等级并存入备忘录即可，功能比较简单。

类图

备忘录类图.png

Coriginator: 源数据类。备份数据来源。
CMemento: 备忘录类。主要用于存储一份源数据。
CCaretaker: 备忘录管理类。内部持有备忘录表，负责备忘录表的管理，实现备份和回退功能。

源码实现

「编程环境」

编译环境: Linux环境
语言: C++语言
编译命令: make

「工程结构」

Memento/
├── caretaker.cc
├── caretaker.h
├── main.cc
├── Makefile
├── memento.cc
├── memento.h
├── originator.cc
└── originator.h

caretaker: 备忘录管理者代码实现
memento: 备忘录代码实现
originator: 源数据代码实现
main.cc: 客户端代码，程序入口
Makefile: 编译工具

「备忘录接口」

class CMemento
{
public:
    explicit CMemento(void *pInfo, int size);
    ~CMemento();
    int GetInfo(void *info, int size);

private:
    std::string date;
    void *mpInfo;
};

mpInfo: 在CMemento构造函数分配一块内存用于存储源数据状态值, mpInfo指向这块内存。

「源数据接口」

typedef struct
{
    int   level;
    float blood;
    char  date[64];
} SAttrValue;

class COriginator
{
public:
    COriginator();
    ~COriginator();
    CMemento* Save();
    void Restore(CMemento *pMemento);
    void SetAttribute(SAttrValue *pAttr);
    void ShowInfo();

private:
    SAttrValue mAttrValue;
};

从上述接口看出主要需要保存的数据是人物的等级、血量和当前系统时间。
Restore接口用于从Memento中重载属性数据。
SetAttribute接口用于保存当前的属性数据。

「管理者接口」

class CCaretaker
{
public:
    explicit CCaretaker(COriginator *pOri);
    ~CCaretaker();
    void Backup();
    void Undo();

private:
    COriginator *pmOriginator;
    std::vector<CMemento*> mMementoArray;
};

CCaretaker持有Originator和Memento表，此类存在的意义在于负责对外提供Originator的备份与重载接口。从而保证Originator的类只负责存储的数据，Caretaker负责数据管理业务逻辑。
CCaretaker只负责Originator备份与重载，而不能直接修改Originator内部某个数据。在设计阶段要杜绝这种可能。

「客户端代码」

int main(int argc, char *argv[])
{
    COriginator theOriginator;
    CCaretaker theCCaretaker(&theOriginator);

    MAIN_LOG("---- Backup 1th attribute ----\n");
    SAttrValue attrValue = {10, 100, {0}};
    theOriginator.SetAttribute(&attrValue);
    theCCaretaker.Backup();
    theOriginator.ShowInfo();
    MAIN_LOG("------------------------------\n\n");
    sleep(3);

    MAIN_LOG("---- Backup 2th attribute ----\n");
    attrValue.level = 66;
    attrValue.blood = 80;
    theOriginator.SetAttribute(&attrValue);
    theCCaretaker.Backup();
    theOriginator.ShowInfo();
    MAIN_LOG("------------------------------\n\n");
    sleep(5);

    MAIN_LOG("----- Current attribute  -----\n");
    attrValue.level = 88;
    attrValue.blood = 60;
    theOriginator.SetAttribute(&attrValue);
    theOriginator.ShowInfo();
    MAIN_LOG("------------------------------\n\n");
    sleep(4);

    MAIN_LOG("--> Wating roll back to the previous version\n");
    sleep(2);
    theCCaretaker.Undo();
    theOriginator.ShowInfo();
    MAIN_LOG("------------------------------\n\n");

    MAIN_LOG("--> Wating roll back to the previous version\n");
    sleep(2);
    theCCaretaker.Undo();
    theOriginator.ShowInfo();
    MAIN_LOG("------------------------------\n\n");

    return 0;
}

客户端业务是备份两次，回退两次。

测试效果

$ ./exe 
---- Backup 1th attribute ----
Level: 10
Blood: 100%
Backup time: 2022-04-30 18:07:26
------------------------------

---- Backup 2th attribute ----
Level: 66
Blood: 80%
Backup time: 2022-04-30 18:07:29
------------------------------

----- Current attribute  -----
Level: 88
Blood: 60%
------------------------------

--> Wating roll back to the previous version
Level: 66
Blood: 80%
Backup time: 2022-04-30 18:07:29
------------------------------

--> Wating roll back to the previous version
Level: 10
Blood: 100%
Backup time: 2022-04-30 18:07:26
------------------------------

总结

该模式提供一种可以回退上次状态的机制。能够使用户比较方便恢复历史的某个状态。
但是也要注意除了源数据对象，其他对象都不应该存在直接修改源数据类成员的能力。
在使用此模式时，如果过度的备份，会导致大量内存被占用。因此我们可以设计一个阈值机制，当达到阈值，抛弃备忘录最原始的版本。这么一看备忘录设计成栈结构比较合适，先进后出。
「备忘录模式」的实现相对简单，也不唯一，在满足备忘录模式思想的情况下，实现方式合理即可。
另外，这么多的设计模式，不要纠结于该使用哪种，结合具体场景可选择一个或多个设计模式都是可行的。多数情况下，存在多种设计模式相互配合完成某种组件或场景的实现。