一、引言
在软件工程，软件开发过程中，我们常常会遇到需要保存对象状态以便在之后恢复的情况。例如，在文本编辑器中，我们可能想要撤销之前的操作；在游戏中，玩家可能希望恢复到之前的某个游戏状态。备忘录模式（Memento Pattern）就为这种需求提供了一种有效的解决方案。
二、定义与描述
备忘录模式属于行为型设计模式。它的主要目的是在不破坏对象封装性的前提下，捕获并外部化一个对象的内部状态，以便之后可以将该对象恢复到这个状态。这个模式涉及到三个主要角色：
原发器（Originator）：创建一个备忘录，用于记录当前时刻它的内部状态。原发器还可以使用备忘录来恢复其内部状态。
备忘录（Memento）：存储原发器对象的内部状态。备忘录应该防止原发器以外的其他对象访问其内部状态。
负责人（Caretaker）：负责保存备忘录，但不能对备忘录的内容进行操作或检查。
三、抽象背景
在许多应用场景中，对象的状态会随着时间发生变化。然而，我们可能需要在某个特定的时间点保存对象的状态，以便后续可以撤销操作或者回到之前的某个状态。如果直接将对象的状态暴露给外部进行保存和恢复，会破坏对象的封装性。备忘录模式通过引入一个专门的备忘录对象来解决这个问题，使得对象的状态可以在不破坏封装性的情况下被保存和恢复。
四、适用场景与现实问题解决
（一）适用场景
文本编辑器的撤销/重做功能：当用户输入文字、删除文字或者进行格式调整时，每一个操作都可以看作是对象（文本内容）状态的改变。通过备忘录模式，可以轻松地保存每个操作前的文本状态，从而实现撤销和重做功能。
游戏中的存档和读档功能：游戏中的各种元素（角色属性、游戏场景等）构成了对象的状态。玩家在游戏过程中可能希望在某些关键节点保存游戏状态，之后可以随时读取之前保存的状态继续游戏。
（二）现实问题解决
以文本编辑器为例，假设我们有一个TextDocument 类作为原发器。在用户进行编辑操作（如插入字符、删除字符等）之前，我们可以创建一个备忘录来保存当前文档的状态。如果用户执行了撤销操作，我们可以从备忘录中恢复文档的之前状态。这样就可以在不破坏TextDocument类内部结构的情况下，实现撤销功能。
五、备忘录模式的现实生活的例子
考虑拍照的过程。相机可以看作是原发器，照片就是备忘录。当我们按下快门（相当于创建备忘录）时，相机的当前状态（镜头聚焦、光圈大小、曝光设置等）被记录在照片上。我们可以将照片存储起来（相当于负责人保存备忘录），之后如果想要回顾某个瞬间（相当于恢复到之前的状态），我们可以查看对应的照片。
六、初衷与问题解决
初衷是在保持对象封装性的同时，实现对象状态的保存和恢复。通过将对象状态的保存和恢复逻辑封装在备忘录模式中，避免了外部对象直接操作对象的内部状态，从而提高了代码的可维护性和安全性。
七、代码示例
（一）Java
// 备忘录类
class Memento {
private String state;
public Memento(String state) {
this.state = state;
}
public String getState() {
return state;
}
}
// 原发器类
class Originator {
private String state;
public void setState(String state) {
this.state = state;
}
public Memento saveToMemento() {
return new Memento(state);
}
public void restoreFromMemento(Memento memento) {
state = memento.getState();
}
}
// 负责人类
class Caretaker {
private Memento memento;
public void saveMemento(Memento memento) {
this.memento = memento;
}
public Memento getMemento() {
return memento;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Originator originator = new Originator();
originator.setState("State 1");
Caretaker caretaker = new Caretaker();
caretaker.saveMemento(originator.saveToMemento());
originator.setState("State 2");
originator.restoreFromMemento(caretaker.getMemento());
System.out.println(originator.state);
}
}
类图：
流程图：
时序图：
（二）C++
#include <iostream>
#include <string>
// 备忘录类
class Memento {
private:
std::string state;
public:
Memento(std::string state) : state(state) {
}
std::string getState() const {
return state; }
};
// 原发器类
class Originator {
private:
std::string state;
public:
void setState(std::string state) {
this->state = state; }
Memento saveToMemento() {
return Memento(state); }
void restoreFromMemento(const Memento& memento) {
state = memento.getState(); }
};
// 负责人类
class Caretaker {
private:
Memento memento;
public:
void saveMemento(const Memento& memento) {
this->memento = memento; }
Memento getMemento() const {
return memento; }
};
int main() {
Originator originator;
originator.setState("State 1");
Caretaker caretaker;
caretaker.saveMemento(originator.saveToMemento());
originator.setState("State 2");
originator.restoreFromMemento(caretaker.getMemento());
std::cout << originator.state << std::endl;
return 0;
}
（三）Python
# 备忘录类
class Memento:
def __init__(self, state):
self.state = state
def get_state(self):
return self.state
# 原发器类
class Originator:
def __init__(self):
self.state = None
def set_state(self, state):
self.state = state
def save_to_memento(self):
return Memento(self.state)
def restore_from_memento(self, memento):
self.state = memento.get_state()
# 负责人类
class Caretaker:
def __init__(self):
self.memento = None
def save_memento(self, memento):
self.memento = memento
def get_memento(self):
return self.memento
if __name__ == "__main__":
originator = Originator()
originator.set_state("State 1")
caretaker = Caretaker()
caretaker.save_memento(originator.save_to_memento())
originator.set_state("State 2")
originator.restore_from_memento(caretaker.get_memento())
print(originator.state)
（四）Go
package main
import "fmt"
// 备忘录结构体
type Memento struct {
state string
}
func NewMemento(state string) *Memento {
return &Memento{
state: state}
}
func (m *Memento) getState() string {
return m.state
}
// 原发器结构体
type Originator struct {
state string
}
func (o *Originator) setState(state string) {
o.state = state
}
func (o *Originator) saveToMemento() *Memento {
return NewMemento(o.state)
}
func (o *Originator) restoreFromMemento(m *Memento) {
o.state = m.getState()
}
// 负责人结构体
type Caretaker struct {
memento *Memento
}
func (c *Caretaker) saveMemento(m *Memento) {
c.memento = m
}
func (c *Caretaker) getMemento() *Memento {
return c.memento
}
func main() {
originator := Originator{
}
originator.setState("State 1")
caretaker := Caretaker{
}
caretaker.saveMemento(originator.saveToMemento())
originator.setState("State 2")
originator.restoreFromMemento(caretaker.getMemento())
fmt.Println(originator.state)
}
八、备忘录模式的优缺点
（一）优点
保持封装性：原发器的内部状态对外部是隐藏的，只有原发器自身能够访问备忘录中的状态，从而保护了对象的封装性。
简化撤销/恢复操作：通过备忘录模式，撤销和恢复操作可以很容易地实现，不需要在原发器中编写复杂的状态管理代码。
提供状态历史记录：可以方便地保存多个备忘录，从而形成对象状态的历史记录，这对于需要查看对象状态变化历史的应用场景非常有用。
（二）缺点
资源消耗：如果需要保存大量的备忘录，可能会消耗较多的内存资源，尤其是当备忘录对象包含大量数据时。
管理复杂度：随着备忘录数量的增加，备忘录的管理（如存储、查找、删除等）可能会变得复杂。
九、备忘录模式的升级版
一种常见的升级版是增加一个历史列表（History List）管理类，它可以管理多个备忘录对象，并且提供更方便的操作，如按照时间顺序查看备忘录、限制备忘录的数量以避免资源过度消耗等。例如，在文本编辑器的撤销/重做功能中，这个历史列表可以存储多个编辑操作的备忘录，并且可以方便地根据用户的操作（如多次撤销或重做）找到对应的备忘录进行状态恢复。
