备忘录模式是什么？怎么使用备忘录？

备忘录模式是一种行为型设计模式，它允许在不破坏对象封装性的前提下捕获并保存对象的内部状态，以便将来可以恢复到该状态。本文将深入探讨备忘录模式，通过发起人、备忘录和负责人三者的协作，实现对象状态的保存与恢复，并详细解析其在撤销重做、游戏存档等经典场景中的应用。我们将以文本编辑器为例，通过Python风格的伪代码，展示如何实现一个简单的备忘录模式，理解其如何解决在不打破对象封装性的前提下，保存并恢复对象内部状态的难题。备忘录模式的核心价值在于解耦，它将状态的保存和恢复逻辑从需要保存状态的对象中分离出来，从而实现代码的清晰和可维护性。

备忘录模式通过发起人、备忘录和负责人三者协作，实现对象状态的保存与恢复；发起人创建并恢复状态，备忘录存储状态且对外透明，负责人管理备忘录而不访问其内容，从而在不破坏封装性的前提下支持撤销、重做、游戏存档等场景。

备忘录模式，简单来说，就是一种在不破坏对象封装性的前提下，捕获并保存一个对象的内部状态，以便将来可以恢复到该状态的设计模式。它把对象的某个时刻的状态保存下来，就像拍了张快照。这听起来可能有点抽象，但想象一下你在玩游戏，随时可以存档、读档；或者在写文档，可以无限次地撤销、重做——这些功能背后，很可能就有备忘录模式的影子。它核心的价值在于，让我们能在需要的时候，把一个复杂对象“冻结”在某个特定状态，后续还能“解冻”回去，而这个过程对外部来说是透明的，不会暴露对象内部的实现细节。

备忘录模式的核心在于解耦：它将状态的保存和恢复逻辑从需要保存状态的对象（发起人 Originator）中分离出来，交给一个独立的备忘录对象（Memento）来承载。同时，还有一个负责人（Caretaker）来管理这些备忘录。

发起人（Originator）是那个拥有内部状态的对象，它知道如何创建自己的备忘录（即保存当前状态），也知道如何从备忘录中恢复状态。它就像一个艺术家，能够把自己的创作过程中的某个阶段“拍下来”，并能在需要时根据这张“照片”还原。

备忘录（Memento）则是一个纯粹的容器，用来存储发起人对象的内部状态。它通常对外提供一个窄接口，让负责人无法直接访问其内部细节，从而保护了发起人的封装性。对发起人而言，备忘录是透明的，可以访问其所有状态；但对负责人来说，备忘录就是个“黑盒子”，只能存储和传递，不能窥探。这种设计很巧妙，它确保了只有发起人自己能理解并操作自己的“快照”。

负责人（Caretaker）负责存储和管理备忘录对象。它从发起人那里获取备忘录，并在需要时将其还给发起人。负责人完全不知道备忘录内部到底存了些什么，它只管“存”和“取”，就像一个图书馆管理员，只负责图书的借阅和归还，而无需关心书本里的具体内容。

这种三角色协作的模式，完美地实现了状态保存与恢复的逻辑与业务逻辑的分离。我个人觉得，它最棒的地方就在于，它允许你在不污染原有业务逻辑代码的前提下，为对象增加“时间旅行”的能力。

备忘录模式解决的核心问题是什么？

我们为什么会需要备忘录模式？在我看来，它主要解决了一个非常实际且常见的痛点：如何在不打破对象封装性的前提下，保存并恢复其内部状态。设想一下，你有一个非常复杂的对象，比如一个图形编辑器中的画布对象，它包含了所有图层、图形、颜色、位置等信息。现在你需要实现“撤销”功能。

如果直接去访问画布对象的内部成员来保存状态，那无疑会打破它的封装性。一旦内部结构发生变化，所有依赖这些内部细节的保存/恢复代码都得跟着改，这简直是噩梦。而且，你可能需要保存很多个历史状态，手动管理这些状态的复杂性会迅速失控。

传统上，我们可能会想到深拷贝或者序列化。深拷贝固然能复制状态，但如果对象图很复杂，循环引用、资源管理等问题会让你头疼不已。序列化虽然可以将对象状态持久化，但它通常是为了跨进程或长期存储，对于内存中的频繁状态切换（比如撤销/重做）来说，性能开销可能过大，而且同样可能暴露内部结构。

备忘录模式的优雅之处在于，它把“如何保存状态”的细节封装在了发起人内部。发起人自己创建备忘录，自己从备忘录恢复。负责人只拿到一个“不透明”的备忘录对象，它不知道里面存了什么，也无法直接修改。这就像你把一个加密的盒子交给朋友保管，朋友只知道这是一个盒子，里面装了东西，但他打不开，只有你才能打开并取出里面的东西。这种设计完美地维护了对象的封装性，降低了耦合度。它让状态管理变得可控，而且对外部调用者来说，使用起来也极其简洁。

备忘录模式在实际开发中有哪些经典应用场景？

备忘录模式的应用场景其实非常广泛，只要涉及到“回溯”或“快照”功能的，它都是一个值得考虑的方案。

最经典的，无疑是撤销（Undo）和重做（Redo）功能。在任何文本编辑器、图形设计软件、CAD软件中，你进行的每一步操作都可以被撤销。每次操作完成后，软件可以创建一个当前状态的备忘录，并将其压入一个历史栈中。当用户点击“撤销”时，就从栈顶取出一个备忘录，恢复到上一个状态。这简直是备忘录模式的教科书式应用。

其次，游戏存档和进度保存也是备忘录模式的绝佳舞台。玩家在游戏中达到某个关键点，可以保存当前游戏状态，包括角色位置、物品、任务进度、敌人状态等等。这些复杂的内部状态被打包成一个或多个备忘录，然后可以序列化到文件或数据库中。下次玩家加载游戏时，就是从这些备忘录中恢复游戏世界。

在某些事务管理的场景中，备忘录模式也能发挥作用。比如，你可能需要执行一系列操作，但这些操作可能失败，或者需要提供回滚机制。你可以在操作开始前保存系统或关键对象的“快照”，如果操作失败，就利用备忘录恢复到初始状态。虽然数据库事务有其自身的机制，但在应用层处理某些业务逻辑的原子性时，备忘录提供了一种思路。

此外，在A/B测试或配置管理中，有时也需要保存和恢复不同的配置状态。比如，一个复杂的系统有多种运行配置，你可以在运行时切换到某个配置，然后又快速切换回另一个配置。每种配置都可以被视为一个备忘录。

如何实现一个简单的备忘录模式？

我们以一个简单的文本编辑器为例，看看如何用代码实现备忘录模式。这里用Python风格的伪代码来展示，因为它足够简洁明了。

# 1. 备忘录 (Memento)
class EditorMemento:
    def __init__(self, content):
        self._content = content

    def get_saved_content(self):
        return self._content

# 2. 发起人 (Originator) - 文本编辑器本身
class TextEditor:
    def __init__(self):
        self._content = ""

    def type(self, text):
        self._content += text
        print(f"当前内容: {self._content}")

    def save(self):
        # 创建一个备忘录，保存当前内容
        print("保存当前内容...")
        return EditorMemento(self._content)

    def restore(self, memento):
        # 从备忘录中恢复内容
        self._content = memento.get_saved_content()
        print(f"内容已恢复为: {self._content}")

# 3. 负责人 (Caretaker) - 历史管理器
class HistoryManager:
    def __init__(self):
        self._history = [] # 存储备忘录的列表

    def add_memento(self, memento):
        self._history.append(memento)
        print("备忘录已添加到历史记录。")

    def get_last_memento(self):
        if not self._history:
            return None
        # 取出并移除最后一个备忘录（模拟撤销）
        return self._history.pop()

# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    editor = TextEditor()
    history = HistoryManager()

    # 1. 初始状态
    editor.type("Hello, ")
    history.add_memento(editor.save()) # 保存状态1

    # 2. 修改状态
    editor.type("world!")
    history.add_memento(editor.save()) # 保存状态2

    # 3. 继续修改
    editor.type(" How are you?")

    # 4. 撤销一次
    print("\n执行撤销操作...")
    last_memento = history.get_last_memento()
    if last_memento:
        editor.restore(last_memento)
    else:
        print("没有可撤销的历史记录了。")

    # 5. 再撤销一次
    print("\n再次执行撤销操作...")
    last_memento = history.get_last_memento()
    if last_memento:
        editor.restore(last_memento)
    else:
        print("没有可撤销的历史记录了。")

    # 6. 尝试再次撤销（此时没有历史了）
    print("\n尝试再次撤销操作...")
    last_memento = history.get_last_memento()
    if last_memento:
        editor.restore(last_memento)
    else:
        print("没有可撤销的历史记录了。")

在这个例子中：

• EditorMemento 是备忘录，它简单地封装了文本内容。
• TextEditor 是发起人，它有 _content 状态，并提供了 save() 来创建备忘录，restore() 来从备忘录恢复。
• HistoryManager 是负责人，它维护一个备忘录列表，负责添加和获取备忘录。它完全不关心备忘录内部是什么，只知道这是一个可以存储和取出的对象。

通过这种方式，HistoryManager 可以管理 TextEditor 的多个历史状态，而无需知道 TextEditor 内部是如何存储文本的，完美地实现了封装和解耦。这就是备忘录模式的魅力所在。

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