Bootstrap

【重走编程路】设计模式概述（十一） -- 备忘录模式、状态模式

文章目录

前言

行为型模式关注对象之间的交互以及如何分配职责，提供了一种定义对象之间的行为和职责的最佳方式。本章介绍创建型模式中的备忘录模式和状态模式。

19. 备忘录模式（Memento）

定义

备忘录模式允许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。这样，就可以在以后将该对象恢复到原先保存的状态。

问题

在软件开发中，有时需要保存一个对象在某个时刻的状态，以便在将来某个时刻能够恢复到这个状态。直接保存对象的状态可能会导致对象内部结构的暴露，从而破坏封装性。

解决方案

备忘录模式通过以下步骤来解决问题：

  1. 定义备忘录接口（Memento）：创建一个接口，用于保存原发器（Originator）对象的内部状态。这个接口通常只包含一个方法来获取备忘录中的状态信息，但实际的保存状态信息操作由原发器类负责。
  2. 具体备忘录类（Concrete Memento）：实现备忘录接口，负责存储原发器的内部状态。具体备忘录类通常包含一些私有字段来保存原发器的状态信息。
  3. 原发器类（Originator）：需要保存其内部状态的对象。原发器类创建一个包含当前内部状态的备忘录对象，并使用一个公共的接口将这个备忘录对象传递给其他的对象（如负责人）。同时，原发器类还提供一个恢复状态的方法，该方法使用备忘录对象来恢复原发器的内部状态。
  4. 负责人（Caretaker）：负责保存备忘录对象，但不检查备忘录对象的内容。负责人可以根据需要将备忘录对象回传给原发器。
#include <iostream>  
#include <string>  
#include <memory>  
#include <stack>  

// 备忘录接口  
class Memento {
public:
    virtual ~Memento() {}
    // 通常这里会有一个方法来获取状态，但在这个例子中，我们直接在ConcreteMemento中处理  
};

// 具体备忘录类，存储编辑器的内容状态  
class TextMemento : public Memento {
private:
    std::string content;
public:
    TextMemento(const std::string& content) : content(content) {}

    // 获取内容的方法，这里直接返回内容，实际中可能通过接口返回  
    std::string GetContent() const {
        return content;
    }
};

// 原发器类，编辑器  
class TextEditor {
private:
    std::string content;
public:
    void Type(const std::string& text) {
        content += text;
        std::cout << "Typed: " << text << std::endl;
    }

    // 创建备忘录  
    std::shared_ptr<Memento> CreateMemento() {
        return std::make_shared<TextMemento>(content);
    }

    // 从备忘录恢复状态  
    void RestoreMemento(const std::shared_ptr<Memento>& memento) {
        auto textMemento = std::dynamic_pointer_cast<TextMemento>(memento);
        if (textMemento) {
            content = textMemento->GetContent();
            std::cout << "Restored content: " << content << std::endl;
        }
    }

    // 获取当前内容  
    std::string GetContent() const {
        return content;
    }
};

// 负责人，管理备忘录  
class Caretaker {
private:
    std::stack<std::shared_ptr<Memento>> mementos;
public:
    void AddMemento(const std::shared_ptr<Memento>& memento) {
        mementos.push(memento);
    }

    std::shared_ptr<Memento> GetMemento() {
        if (!mementos.empty()) {
            std::shared_ptr<Memento> top = mementos.top();
            mementos.pop();
            return top;
        }
        return nullptr;
    }
};

// 客户端代码  
int main() {
    TextEditor editor;
    Caretaker caretaker;

    editor.Type("Hello, ");
    caretaker.AddMemento(editor.CreateMemento()); // 保存状态  

    editor.Type("World!");
    std::cout << "Current content: " << editor.GetContent() << std::endl; // 输出: Hello, World!  

    // 撤销操作  
    editor.RestoreMemento(caretaker.GetMemento());
    std::cout << "Restored content: " << editor.GetContent() << std::endl; // 输出: Hello,   

    return 0;
}

应用场景

  1. 需要保存和恢复对象状态的场景。
  2. 提供一个可撤销操作的场景。
  3. 需要防止外部对象直接访问对象内部状态的场景。

优缺点

优点：

  • 封装性好：备忘录模式通过将状态信息封装在备忘录对象中，使得原发器对象不需要将状态信息暴露给外部对象，从而保持了良好的封装性。
  • 灵活性高：用户可以根据需要保存和恢复对象的状态多次，增加了软件的灵活性。特别是当需要实现复杂的撤销/重做功能时，备忘录模式提供了很好的支持。
  • 符合单一职责原则：备忘录对象负责管理原发器的内部状态，使得原发器类更加简洁，符合单一职责原则。

缺点：

  • 资源消耗：如果原发器对象的状态信息较多，那么每次保存状态都需要创建和存储一个完整的备忘录对象，这可能会消耗较多的内存资源。
  • 设计复杂：实现备忘录模式需要定义多个类，包括备忘录接口、具体备忘录类、原发器类和负责人类等，增加了系统的复杂性。
  • 适用范围有限：虽然备忘录模式可以解决需要保存和恢复对象状态的场景，但它并不是所有场景下的最佳选择。在某些情况下，可能需要考虑其他设计模式或解决方案。

20. 状态模式（State）

定义

状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。状态模式将特定状态相关的行为局部化，并将不同状态的行为分割开来，使得每一种状态对应一个类的行为。

问题

在软件开发中，一个对象的行为可能会随着其内部状态的变化而变化。如果直接在对象中嵌入这些状态相关的行为，会导致对象变得庞大且难以维护。

解决方案

状态模式通过以下步骤来解决问题：

  1. 定义状态接口（State）：创建一个接口以封装与上下文（Context）的一个特定状态相关的行为。
  2. 具体状态类（Concrete States）：实现状态接口，每个类代表一个具体的状态，并在其中实现与状态相关的行为。
  3. 上下文类（Context）：维护一个状态对象的实例，这个状态对象定义了当前的状态。上下文类负责状态的切换，并将状态相关的请求委托给当前的状态对象来处理。
#include <iostream>  

class TrafficLight;

// 状态接口  
class TrafficLightState {
public:
    virtual ~TrafficLightState() {}
    virtual void Change(TrafficLight* context) = 0;
};

// 具体状态类：红灯  
class RedLightState : public TrafficLightState {
public:
    void Change(TrafficLight* context) override;
};

// 具体状态类：绿灯  
class GreenLightState : public TrafficLightState {
public:
    void Change(TrafficLight* context) override;
};

// 具体状态类：黄灯  
class YellowLightState : public TrafficLightState {
public:
    void Change(TrafficLight* context) override;
};

// 上下文类：交通信号灯  
class TrafficLight {
private:
    TrafficLightState* currentState;
    RedLightState* redLightState;
    GreenLightState* greenLightState;
    YellowLightState* yellowLightState;

public:
    TrafficLight() {
        redLightState = new RedLightState();
        greenLightState = new GreenLightState();
        yellowLightState = new YellowLightState();
        currentState = redLightState; // 初始状态为红灯  
    }
    ~TrafficLight() {
        delete redLightState;
        delete greenLightState;
        delete yellowLightState;
    }
    void SetState(TrafficLightState* state) {
        currentState = state;
    }
    TrafficLightState* GetRedLightState() {
        return redLightState;
    }
    TrafficLightState* GetGreenLightState() {
        return greenLightState;
    }
    TrafficLightState* GetYellowLightState() {
        return yellowLightState;
    }
    void Change() {
        currentState->Change(this);
    }
};

void RedLightState::Change(TrafficLight* context) {
    std::cout << "Red light is on. Cars must stop." << std::endl;
    context->SetState(context->GetGreenLightState());
}

void GreenLightState::Change(TrafficLight* context) {
    std::cout << "Green light is on. Cars may go." << std::endl;
    context->SetState(context->GetYellowLightState());
}

void YellowLightState::Change(TrafficLight* context) {
    std::cout << "Yellow light is on. Cars must prepare to stop." << std::endl;
    context->SetState(context->GetRedLightState());
}

// 客户端代码  
int main() {
    TrafficLight light;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        light.Change(); // 模拟信号灯变化  
    }
    return 0;
}

应用场景

  1. 一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
  2. 一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。

优缺点

优点：

  • 封装了状态的转换规则：状态模式将状态的转换代码封装在环境类或具体状态类中，可以对状态转换代码进行集中管理，而不是分散在一个个业务方法中。
  • 结构清晰：将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
  • 减少对象间的相互依赖：将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，同时减少了对象间的依赖关系。
  • 容易扩展：状态模式允许通过定义新的子类来容易地增加新的状态和转换，从而提高了系统的可扩展性。

缺点：

  • 增加类和对象的个数：状态模式的使用必然会增加系统中类和对象的个数，导致系统运行开销增大。
  • 结构与实现复杂：状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱，增加系统设计的难度。
  • 对开闭原则的支持不佳：对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态。同时，修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源代码，这违反了开闭原则（软件实体应当对扩展开放，对修改关闭）。

…

To be continued.

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

最新收录
二维数组
ctfshow-web入门-sql注入（web206-web210）系统练习sqlmap之tamper的使用与编写
QGIS相关API用法汇总（一）
springboot使用freemarker进行复杂Excel导出（多sheet页）
XML中的转义字符
数据结构习题——二叉树叶子结点的删除/删除以元素X为根的子树
python爬出来的html网页和原始的不一样_一步步教你打造文章爬虫(2)下载网页
leetcode 24. 两两交换链表中的节点 python
系统整容纪：揭秘Java编程之美：掌握这些编码规范，让你的代码一跃成为行业典范
互联网医疗大数据类型的深度分析
;