C++設計模式之備忘錄模式
前言
又到年底了,也靜不下心來寫代碼了,大家都很浮躁;翻出經(jīng)典的《仙劍奇?zhèn)b傳》玩一會;又要打大BOSS,先存一下檔吧。這是我的習慣,在打大BOSS之前,都要先存一下檔,要是打贏了,就再存一個檔,覆蓋之前的;如果打輸了,就恢復之前的存檔,接著重來。我想大家都是這么玩的吧。哎呀,總是打不過。好了,不玩了,但是,游戲中的那個存檔行為卻讓我很著迷,它是如何實現(xiàn)的呢?帶著好奇的心,去百度了一下;哦,原來如此。好吧,開始今天的總結吧——備忘錄模式。
備忘錄模式
在GOF的《設計模式:可復用面向對象軟件的基礎》一書中對備忘錄模式是這樣說的:在不破壞封裝性的前提下,捕獲一個對象的內部狀態(tài),并在該對象之外保存這個狀態(tài)。這樣以后就可將該對象恢復到原先保存的狀態(tài)。
有時有必要記錄一個對象的內部狀態(tài)。為了允許用戶取消不確定的操作或從錯誤中恢復過來,需要實現(xiàn)檢查點和取消機制,而要實現(xiàn)這些機制,你必須事先將狀態(tài)信息保存在某處,這樣才能將對象恢復到它們先前的狀態(tài)。如何實現(xiàn)這個將狀態(tài)信息保存在某處呢?使用原型模式?由于對象通常封裝了其部分或所有的狀態(tài)信息,使得其狀態(tài)不能被其他對象訪問,也就不可能在該對象之外保存其狀態(tài)了。由于原型模式總是返回對象的全部狀態(tài)信息,同時原型模式使其狀態(tài)能被其它對象訪問,這樣就違反了封裝的原則,還可能有損應用的可靠性和可擴展性。
再拿上面的《仙劍奇?zhèn)b傳》進行分析,當我們在打大BOSS之前存檔,此時就需要將對應的游戲場景,任務信息,人物信息等等狀態(tài)存儲起來;當贏得大BOSS之后,覆蓋之前的存檔時,就將之前的存檔丟棄,新建立一個存檔,保存當前的狀態(tài)信息;如果打輸了,恢復存檔,就將之前的存檔信息讀取出來,還原到打大BOSS之前的游戲場景,重新開始打大BOSS。這里面就是使用的備忘錄模式。
一個備忘錄是一個對象,它存儲另一個對象在某個瞬間的內部狀態(tài),而后者稱為備忘錄的原發(fā)器。當需要設置原發(fā)器的檢查點時,取消操作機制會向原發(fā)器請求一個備忘錄。原發(fā)器用描述當前狀態(tài)的信息初始化該備忘錄。只有原發(fā)器可以向備忘錄中存取信息,備忘錄對其他的對象是“不可見”的。
UML類圖
Memento:備忘錄存儲原發(fā)器對象的內部狀態(tài)。原發(fā)器根據(jù)需要決定備忘錄存儲原發(fā)器的哪些內部狀態(tài);防止原發(fā)器以外的其他對象訪問備忘錄。備忘錄實際上有兩個接口,管理者只能看到備忘錄的窄接口————它只能將備忘錄傳遞給其他對象。相反,原發(fā)器能夠看到一個寬接口,允許它訪問返回到先前狀態(tài)所需的所有數(shù)據(jù)。理想的情況是只允許生成備忘錄的那個原發(fā)器訪問本備忘錄的內部狀態(tài);
Originator:原發(fā)器創(chuàng)建一個備忘錄,用以記錄當前時刻它的內部狀態(tài);我們使用備忘錄恢復內部狀態(tài);
Caretaker:負責保存好備忘錄;但是,不能對備忘錄的內容進行操作或檢查。
備忘錄模式是按照以下方式進行協(xié)作的:
管理器向原發(fā)器請求一個備忘錄,保留一段時間后,將其送回給原發(fā)器;而有的時候管理者不會將備忘錄返回給原發(fā)器,因為原發(fā)器可能根本不需要退到先前的狀態(tài)。備忘錄是被動的,只有創(chuàng)建備忘錄的原發(fā)器會對它的狀態(tài)進行賦值和檢索,如下面的時序圖:
使用場合
在以下情況下使用備忘錄模式:
1.必須保存一個對象在某一個時刻的部分或完整狀態(tài),這樣以后需要時它才能恢復到先前的狀態(tài);
2.如果一個用接口來讓其它對象直接得到這些狀態(tài),將會暴露對象的實現(xiàn)細節(jié)并破壞對象的封裝性。
代碼實現(xiàn):
#include <iostream>
using namespace std;
struct State
{
wchar_t wcsState[260];
};
class Memento
{
public:
Memento(State *pState) : m_pState(pState){}
State *GetState() { return m_pState; }
private:
friend class Originator;
State *m_pState;
};
class Originator
{
public:
Originator() : m_pState(NULL) {}
~Originator()
{
// Delete the storage of the state
if (m_pState)
{
delete m_pState;
m_pState = NULL;
}
}
void SetMemento(Memento *pMemento);
Memento *CreateMemento();
void SetValue(wchar_t *value)
{
memset(wcsValue, 0, 260 * sizeof(wchar_t));
wcscpy_s(wcsValue, 260, value);
}
void PrintState() { wcout<<wcsValue<<endl; }
private:
State *m_pState; // To store the object's state
wchar_t wcsValue[260]; // This is the object's real data
};
Memento *Originator::CreateMemento()
{
m_pState = new State;
if (m_pState == NULL)
{
return NULL;
}
Memento *pMemento = new Memento(m_pState);
wcscpy_s(m_pState->wcsState, 260, wcsValue); // Backup the value
return pMemento;
}
void Originator::SetMemento(Memento *pMemento)
{
m_pState = pMemento->GetState();
// Recovery the data
memset(wcsValue, 0, 260 * sizeof(wchar_t));
wcscpy_s(wcsValue, 260, m_pState->wcsState);
}
// Manager the Memento
class Caretaker
{
public:
Memento *GetMemento() { return m_pMemento; }
void SetMemnto(Memento *pMemento)
{
// Free the previous Memento
if (m_pMemento)
{
delete m_pMemento;
m_pMemento = NULL;
}
// Set the new Memento
m_pMemento = pMemento;
}
private:
Memento *m_pMemento;
};
int main()
{
Originator *pOriginator = new Originator();
pOriginator->SetValue(L"On");
pOriginator->PrintState();
// Now I backup the state
Caretaker *pCaretaker = new Caretaker();
pCaretaker->SetMemnto(pOriginator->CreateMemento());
// Set the new state
pOriginator->SetValue(L"Off");
pOriginator->PrintState();
// Recovery to the old state
pOriginator->SetMemento(pCaretaker->GetMemento());
pOriginator->PrintState();
if (pCaretaker)
{
delete pCaretaker;
}
if (pOriginator)
{
delete pOriginator;
}
return 0;
}
我再根據(jù)上面的《仙劍奇?zhèn)b傳》來完成備忘錄模式,代碼如下:
#include <iostream>
using namespace std;
class RoleStateMemento
{
public:
RoleStateMemento(unsigned iBlood, unsigned iAttack, unsigned iDefense) : m_iBlood(iBlood), m_iAttack(iAttack), m_iDefense(iDefense){}
private:
friend class GameRole;
unsigned GetBloodValue() { return m_iBlood; }
unsigned GetAttackValue() { return m_iAttack; }
unsigned GetDefenseValue() { return m_iDefense; }
unsigned m_iBlood; // 生命力
unsigned m_iAttack; // 攻擊力
unsigned m_iDefense; // 防御力
};
class GameRole
{
public:
GameRole() : m_iBlood(100), m_iAttack(100), m_iDefense(100){}
// 存檔
RoleStateMemento *SaveState() { return new RoleStateMemento(m_iBlood, m_iAttack, m_iDefense); }
// 恢復存檔
void RecoveryState(RoleStateMemento *pRoleState)
{
m_iBlood = pRoleState->GetBloodValue();
m_iAttack = pRoleState->GetAttackValue();
m_iDefense = pRoleState->GetDefenseValue();
cout<<"Recovery..."<<endl;
}
void ShowState()
{
cout<<"Blood:"<<m_iBlood<<endl;
cout<<"Attack:"<<m_iAttack<<endl;
cout<<"Defense:"<<m_iDefense<<endl;
}
void Fight()
{
m_iBlood -= 100;
m_iAttack -= 10;
m_iDefense -= 20;
if (m_iBlood == 0)
{
cout<<"Game Over"<<endl;
}
}
private:
unsigned m_iBlood; // 生命力
unsigned m_iAttack; // 攻擊力
unsigned m_iDefense; // 防御力
};
class RoleStateCaretaker
{
public:
void SetRoleStateMemento(RoleStateMemento *pRoleStateMemento) { m_pRoleStateMemento = pRoleStateMemento; }
RoleStateMemento *GetRoleStateMemento() { return m_pRoleStateMemento; }
private:
RoleStateMemento *m_pRoleStateMemento;
};
int main()
{
GameRole *pLiXY = new GameRole(); // 創(chuàng)建李逍遙這個角色
pLiXY->ShowState(); // 顯示初始的狀態(tài)
// 存檔
RoleStateCaretaker *pRoleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
pRoleStateCaretaker->SetRoleStateMemento(pLiXY->SaveState());
// 開始打大BOSS
pLiXY->Fight();
pLiXY->ShowState();
// 讀檔,從新開始
pLiXY->RecoveryState(pRoleStateCaretaker->GetRoleStateMemento());
pLiXY->ShowState();
return 0;
}
總結
備忘錄模式在實際應用中也不少;我們在進行文檔編輯時,經(jīng)常使用的撤銷操作。使用C++實現(xiàn)備忘錄模式的關鍵點在于Originator類是Memento的友元類,這樣就使得管理備忘錄的Caretaker對象,以及其它對象都不能讀取、設置備忘錄,只有Originator類才能進行備忘錄的讀取和設置。由于備忘錄主要是用于對對象的狀態(tài)進行備份,實現(xiàn)了撤銷操作,如果對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)很大很多時,在進行備忘時,就會很占用資源,這個是我們在實際開發(fā)時需要考慮的東西。結合之前的設計模式,在總結命令模式時,說到命令模式支持事物的回退,而這個就是依靠的備忘錄模式來實現(xiàn)的。好了,備忘錄模式就總結至此。希望對大家有用。
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