亦称: 快照、Snapshot、Memento
备忘录模式是一种行为设计模式, 允许在不暴露对象实现细节的情况下保存和恢复对象之前的状态。
假如你正在开发一款文字编辑器应用程序。 除了简单的文字编辑功能外, 编辑器中还要有设置文本格式和插入内嵌图片等功能。
后来, 你决定让用户能撤销施加在文本上的任何操作。 这项功能在过去几年里变得十分普遍, 因此用户期待任何程序都有这项功能。 你选择采用直接的方式来实现该功能: 程序在执行任何操作前会记录所有的对象状态, 并将其保存下来。 当用户此后需要撤销某个操作时, 程序将从历史记录中获取最近的快照, 然后使用它来恢复所有对象的状态。
程序在执行操作前保存所有对象的状态快照, 稍后可通过快照将对象恢复到之前的状态。
让我们来思考一下这些状态快照。 首先, 到底该如何生成一个快照呢? 很可能你会需要遍历对象的所有成员变量并将其数值复制保存。 但只有当对象对其内容没有严格访问权限限制的情况下, 你才能使用该方式。 不过很遗憾, 绝大部分对象会使用私有成员变量来存储重要数据, 这样别人就无法轻易查看其中的内容。
现在我们暂时忽略这个问题, 假设对象都像嬉皮士一样: 喜欢开放式的关系并会公开其所有状态。 尽管这种方式能够解决当前问题, 让你可随时生成对象的状态快照, 但这种方式仍存在一些严重问题。 未来你可能会添加或删除一些成员变量。 这听上去很简单, 但需要对负责复制受影响对象状态的类进行更改。
如何复制对象的私有状态?
还有更多问题。 让我们来考虑编辑器 (Editor) 状态的实际 “快照”, 它需要包含哪些数据? 至少必须包含实际的文本、 光标坐标和当前滚动条位置等。 你需要收集这些数据并将其放入特定容器中, 才能生成快照。
你很可能会将大量的容器对象存储在历史记录列表中。 这样一来, 容器最终大概率会成为同一个类的对象。 这个类中几乎没有任何方法, 但有许多与编辑器状态一一对应的成员变量。 为了让其他对象能保存或读取快照, 你很可能需要将快照的成员变量设为公有。 无论这些状态是否私有, 其都将暴露一切编辑器状态。 其他类会对快照类的每个小改动产生依赖, 除非这些改动仅存在于私有成员变量或方法中, 而不会影响外部类。
我们似乎走进了一条死胡同: 要么会暴露类的所有内部细节而使其过于脆弱; 要么会限制对其状态的访问权限而无法生成快照。 那么, 我们还有其他方式来实现 “撤销” 功能吗?
我们刚才遇到的所有问题都是封装 “破损” 造成的。 一些对象试图超出其职责范围的工作。 由于在执行某些行为时需要获取数据, 所以它们侵入了其他对象的私有空间, 而不是让这些对象来完成实际的工作。
备忘录模式将创建状态快照 (Snapshot) 的工作委派给实际状态的拥有者原发器 (Originator) 对象。 这样其他对象就不再需要从 “外部” 复制编辑器状态了, 编辑器类拥有其状态的完全访问权, 因此可以自行生成快照。
模式建议将对象状态的副本存储在一个名为备忘录 (Memento) 的特殊对象中。 除了创建备忘录的对象外, 任何对象都不能访问备忘录的内容。 其他对象必须使用受限接口与备忘录进行交互, 它们可以获取快照的元数据 (创建时间和操作名称等), 但不能获取快照中原始对象的状态。
原发器拥有对备忘录的完全访问权限, 负责人则只能访问元数据。
这种限制策略允许你将备忘录保存在通常被称为负责人 (Caretakers) 的对象中。 由于负责人仅通过受限接口与备忘录互动, 故其无法修改存储在备忘录内部的状态。 同时, 原发器拥有对备忘录所有成员的访问权限, 从而能随时恢复其以前的状态。
在文字编辑器的示例中, 我们可以创建一个独立的历史 (History) 类作为负责人。 编辑器每次执行操作前, 存储在负责人中的备忘录栈都会生长。 你甚至可以在应用的 UI 中渲染该栈, 为用户显示之前的操作历史。
当用户触发撤销操作时, 历史类将从栈中取回最近的备忘录, 并将其传递给编辑器以请求进行回滚。 由于编辑器拥有对备忘录的完全访问权限, 因此它可以使用从备忘录中获取的数值来替换自身的状态。
该模式的经典实现方式依赖于许多流行编程语言 (例如 C++、 C# 和 Java) 所支持的嵌套类。
另外一种实现方法适用于不支持嵌套类的编程语言 (没错, 我说的就是 PHP)。
如果你不想让其他类有任何机会通过备忘录来访问原发器的状态, 那么还有另一种可用的实现方式。
本例结合使用了命令模式与备忘录模式, 可保存复杂文字编辑器的状态快照, 并能在需要时从快照中恢复之前的状态。
保存文字编辑器状态的快照。
命令 (command) 对象将作为负责人, 它们会在执行与命令相关的操作前获取编辑器的备忘录。 当用户试图撤销最近的命令时, 编辑器可以使用保存在命令中的备忘录来将自身回滚到之前的状态。
备忘录类没有声明任何公有的成员变量、 获取器 (getter) 和设置器, 因此没有对象可以修改其内容。 备忘录与创建自己的编辑器相连接, 这使得备忘录能够通过编辑器对象的设置器传递数据, 恢复与其相连接的编辑器的状态。 由于备忘录与特定的编辑器对象相连接, 程序可以使用中心化的撤销栈实现对多个独立编辑器窗口的支持。
// 原发器中包含了一些可能会随时间变化的重要数据。它还定义了在备忘录中保存
// 自身状态的方法,以及从备忘录中恢复状态的方法。
class Editor is
private field text, curX, curY, selectionWidth
method setText(text) is
this.text = text
method setCursor(x, y) is
this.curX = x
this.curY = y
method setSelectionWidth(width) is
this.selectionWidth = width
// 在备忘录中保存当前的状态。
method createSnapshot():Snapshot is
// 备忘录是不可变的对象;因此原发器会将自身状态作为参数传递给备忘
// 录的构造函数。
return new Snapshot(this, text, curX, curY, selectionWidth)
// 备忘录类保存有编辑器的过往状态。
class Snapshot is
private field editor: Editor
private field text, curX, curY, selectionWidth
constructor Snapshot(editor, text, curX, curY, selectionWidth) is
this.editor = editor
this.text = text
this.curX = x
this.curY = y
this.selectionWidth = selectionWidth
// 在某一时刻,编辑器之前的状态可以使用备忘录对象来恢复。
method restore() is
editor.setText(text)
editor.setCursor(curX, curY)
editor.setSelectionWidth(selectionWidth)
// 命令对象可作为负责人。在这种情况下,命令会在修改原发器状态之前获取一个
// 备忘录。当需要撤销时,它会从备忘录中恢复原发器的状态。
class Command is
private field backup: Snapshot
method makeBackup() is
backup = editor.createSnapshot()
method undo() is
if (backup != null)
backup.restore()
// ……
当你需要创建对象状态快照来恢复其之前的状态时, 可以使用备忘录模式。
备忘录模式允许你复制对象中的全部状态 (包括私有成员变量), 并将其独立于对象进行保存。 尽管大部分人因为 “撤销” 这个用例才记得该模式, 但其实它在处理事务 (比如需要在出现错误时回滚一个操作) 的过程中也必不可少。
当直接访问对象的成员变量、 获取器或设置器将导致封装被突破时, 可以使用该模式。
备忘录让对象自行负责创建其状态的快照。 任何其他对象都不能读取快照, 这有效地保障了数据的安全性。
备忘录是一种行为设计模式, 允许生成对象状态的快照并在以后将其还原。
备忘录不会影响它所处理的对象的内部结构, 也不会影响快照中保存的数据。
备忘录模式让我们可以保存对象状态的快照。 你可使用这些快照来将对象恢复到之前的状态。 这在需要在对象上实现撤销-重做操作时非常实用。
package main
type Originator struct {
state string
}
// 创建快照
func (e *Originator) createMemento() *Memento {
return &Memento{state: e.state}
}
// 回复快照
func (e *Originator) restoreMemento(m *Memento) {
e.state = m.getSavedState()
}
func (e *Originator) setState(state string) {
e.state = state
}
func (e *Originator) getState() string {
return e.state
}
package main
type Memento struct {
state string
}
func (m *Memento) getSavedState() string {
return m.state
}
package main
type Caretaker struct {
mementoArray []*Memento
}
func (c *Caretaker) addMemento(m *Memento) {
c.mementoArray = append(c.mementoArray, m)
}
func (c *Caretaker) getMemento(index int) *Memento {
return c.mementoArray[index]
}
package main
import "fmt"
func main() {
caretaker := &Caretaker{
mementoArray: make([]*Memento, 0),
}
originator := &Originator{
state: "A",
}
fmt.Printf("Originator Current State: %s\n", originator.getState())
// 添加一个备忘录
caretaker.addMemento(originator.createMemento())
originator.setState("C")
fmt.Printf("Originator Current State: %s\n", originator.getState())
caretaker.addMemento(originator.createMemento())
originator.restoreMemento(caretaker.getMemento(1))
fmt.Printf("Restored to State: %s\n", originator.getState())
originator.restoreMemento(caretaker.getMemento(0))
fmt.Printf("Restored to State: %s\n", originator.getState())
}
Originator Current State: A
Originator Current State: C
Restored to State: C
Restored to State: A