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Aka. Token
在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，并在該對(duì)象之外保存其狀態(tài)。這樣以后就可以將該對(duì)象恢復(fù)到原先保存的狀態(tài)。
“Without violating encapsulation, capture and externalize an object’s internal state so that the object can be restored to this state later.” – GoF
動(dòng)機(jī)
有時(shí)候需要記錄一個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)。比如要實(shí)現(xiàn)checkpoint或者undo這樣的機(jī)制，可以讓使用者從臨時(shí)性的操作跳出來(lái)或者需要修復(fù)錯(cuò)誤的時(shí)候，你必須將狀態(tài)信息保存在某個(gè)地方，以便在進(jìn)行某些操作后，將對(duì)象恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。但通常情況下，對(duì)象封裝了狀態(tài)(即私有成員變量)，因此其他的對(duì)象無(wú)法訪問(wèn)這些狀態(tài)，而且也不可能將這些狀態(tài)保存在對(duì)象之外。如果將這些狀態(tài)設(shè)置成公有的，又會(huì)違反面向?qū)ο蠓庋b性的原則，同時(shí)也會(huì)削弱應(yīng)用的可靠性和可擴(kuò)展性。
在軟件構(gòu)建過(guò)程中， 某些對(duì)象的狀態(tài)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，可能由于某種需要，要求程序能夠回溯到對(duì)象之前處于某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)。如果使用一些共有接口來(lái)讓其他對(duì)象得到對(duì)象的狀態(tài)，便會(huì)暴露對(duì)象的細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)。Memento設(shè)計(jì)模式就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)象狀態(tài)的良好保存與恢復(fù)，但同時(shí)又不會(huì)因此而破壞對(duì)象本身的封裝性。
UML類(lèi)圖：
角色
- Memento
1. 保存Originator對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)。
2. 除Originator外，其他對(duì)象均不能訪問(wèn)Memento對(duì)象。
- Originator
1. 創(chuàng)建一個(gè)包含其當(dāng)前內(nèi)部狀態(tài)快照的Memento對(duì)象。
2. 使用Memento對(duì)象來(lái)恢復(fù)其內(nèi)部狀態(tài)。
- Caretaker
1. Memento對(duì)象的容器。在C++中一般用stack來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2. 從不對(duì)Memento對(duì)象的內(nèi)容進(jìn)行檢查或操作。
示例代碼：
// Memento.h
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
// CMemento類(lèi)，用來(lái)保存CRectangle的狀態(tài)
class CMemento
{
private: // 所有的成員變量和成員函數(shù)都是私有的
int topx; // 因此除友元類(lèi)CRectangle外，其他對(duì)象都無(wú)法訪問(wèn)
int topy;
int width;
int height;
private:
CMemento()
{
}
//private: // 1. 如果編寫(xiě)了顯式拷貝構(gòu)造函數(shù)，那么，它必須是公有的，
// CMemento(const CMemento& memo) // 否則CMementoStack將無(wú)法調(diào)用該拷貝構(gòu)造函數(shù)。
// { // 2. 如果沒(méi)有顯式的拷貝構(gòu)造函數(shù)，那么缺省的拷貝構(gòu)造函數(shù)總是公有的。
// topx = memo.topx; // 3. 在Memento模式中，如果僅考慮保存一次狀態(tài)，則
// topy = memo.topy; // CMementoStack是不必要的，那么拷貝構(gòu)造函數(shù)，可以
// width = memo.width; // 顯式地聲明為private的，盡管在CRectangle的create_memento
// height = memo.height; // 成員函數(shù)中也會(huì)調(diào)用CMemento的拷貝構(gòu)造函數(shù)，但CRectangle
// } // 是CMemento的友元類(lèi)，因此不存在這方面的限制。
private:
void set_state(int topx, int topy, int width, int height) // 保存CRectangle的狀態(tài)
{
this->topx = topx;
this->topy = topy;
this->width = width;
this->height = height;
}
friend class CRectangle; // 友元類(lèi)CRectangle，可以訪問(wèn)CMemento中的所有內(nèi)容
};
// CRectangle類(lèi)。一個(gè)矩形，需要保存狀態(tài)改變的類(lèi)
class CRectangle
{
private:
int topx; // 矩形左上角的x坐標(biāo)
int topy; // 矩形左上角的y坐標(biāo)
int width; // 矩形的寬
int height; // 矩形的高
public:
CRectangle(int topx, int topy, int width, int height):topx(topx), topy(topy), width(width), height(height)
{
}
// 模擬移動(dòng)矩形的位置到指定的點(diǎn)，即改變了矩形的狀態(tài)
void move_to(int topx, int topy)
{
this->topx = topx;
this->topy = topy;
}
// 模擬改變矩形的長(zhǎng)和寬，即改變了矩形的狀態(tài)
void change_width_height(int width, int height)
{
this->width = width;
this->height = height;
}
// 將矩形恢復(fù)到memo中所保存的狀態(tài)
void set_memento(CMemento memo)
{
this->topx = memo.topx;
this->topy = memo.topy;
this->width = memo.width;
this->height = memo.height;
}
// 將矩形的狀態(tài)保存到一個(gè)CMemento對(duì)象
CMemento create_memento()
{
CMemento cm;
cm.set_state(this->topx, this->topy, this->width, this->height);
return cm;
}
// 輸出矩形的狀態(tài)信息
void print_info()
{
cout << "Top left point's x coordinate: " << topx << endl;
cout << "Top left point's y coordinate: " << topy << endl;
cout << "The width is: " << width << endl;
cout << "The height is: " << height << endl;
}
};
// CMemento對(duì)象的容器，可以用來(lái)保存多個(gè)CMemento對(duì)象，通常用stack來(lái)實(shí)現(xiàn)
class CMementoStack
{
private:
stack<CMemento> stk;
public:
void add_memento(CMemento memo)
{
stk.push(memo); //將CMemento對(duì)象壓入棧中
}
CMemento get_memento()
{
CMemento cm = stk.top(); // 取得CMemento對(duì)象。這個(gè)過(guò)程會(huì)用到CMemento類(lèi)的拷貝構(gòu)造函數(shù)，
// 由于CMemento對(duì)象中的成員變量均是普通類(lèi)型(非指針、非類(lèi)對(duì)象)，
// 因此使用默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)即可
stk.pop(); // 刪除已經(jīng)取得的CMemento對(duì)象
return cm;
}
};
// Memento.cpp
#include "Memento.h"
int main(int argc, char **argv)
{
CRectangle cr(10, 10, 100, 100);
CMementoStack cs;
cout << "Initial states: " << endl;
cr.print_info();
CMemento cm0 = cr.create_memento(); // 將狀態(tài)保存到CMemento對(duì)象
cs.add_memento(cm0); // 將CMemento對(duì)象壓棧
// 第一次改變狀態(tài)
cr.change_width_height(200, 200); // 改變矩形的高度和寬度
cr.move_to(20, 20); // 改變矩形的位置
cout << "\nAfter 1st states changed: " << endl;
cr.print_info();
CMemento cm1 = cr.create_memento(); // 將狀態(tài)保存到CMemento對(duì)象
cs.add_memento(cm1); // 將CMemento對(duì)象壓棧
// 第二次改變狀態(tài)
cr.change_width_height(300, 300); // 改變矩形的高度和寬度
cr.move_to(30, 30); // 改變矩形的位置
cout << "\nAfter 2nd states changed: " << endl;
cr.print_info();
// ... 這里不再壓棧
// 恢復(fù)到第一次狀態(tài)的改變
cr.set_memento(cs.get_memento());
cout << "\nStates restored to 1st change: " << endl;
cr.print_info();
// 恢復(fù)到初始狀態(tài)
cr.set_memento(cs.get_memento());
cout << "\nStates restored to initial: " << endl;
cr.print_info();
}
運(yùn)行結(jié)果：
Initial states:
Top left point's x coordinate: 10
Top left point's y coordinate: 10
The width is: 100
The height is: 100
After 1st states changed:
Top left point's x coordinate: 20
Top left point's y coordinate: 20
The width is: 200
The height is: 200
After 2nd states changed:
Top left point's x coordinate: 30
Top left point's y coordinate: 30
The width is: 300
The height is: 300
States restored to 1st change:
Top left point's x coordinate: 20
Top left point's y coordinate: 20
The width is: 200
The height is: 200
States restored to initial:
Top left point's x coordinate: 10
Top left point's y coordinate: 10
The width is: 100
The height is: 100
結(jié)果符合預(yù)期。
補(bǔ)充說(shuō)明：
1. 未設(shè)置其成員變量為public的前提下，在對(duì)象的外部保存一個(gè)其狀態(tài)，頗需技巧，而且用不同語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候也有所不同。
a. 對(duì)于C++，通常使用友元類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
b. 對(duì)于C#，使用internal關(guān)鍵字。
c. 對(duì)于Java，使用package protected訪問(wèn)控制。
與其處于相同包中的子類(lèi)，和處于相同包中的其它類(lèi)均可以訪問(wèn)pakcage protected的對(duì)象或變量。
Java中的訪問(wèn)權(quán)限有public,private,protected和默認(rèn)的包訪問(wèn)權(quán)限，如果類(lèi)中的屬性方法沒(méi)有顯示的指明訪問(wèn)權(quán)
限，則具有包訪問(wèn)權(quán)限，很多人也稱(chēng)它為friendly訪問(wèn)權(quán)限，也有人稱(chēng)為packeged權(quán)限，而packaged和friendly
這兩個(gè)關(guān)鍵字在實(shí)際中都是不存在的。在Java中，訪問(wèn)權(quán)限修飾符權(quán)限從高到低是public，protected，package
protected，private。
d. C++, C#和Java均可使用內(nèi)部類(lèi)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的功能，不過(guò)對(duì)于“將狀態(tài)存儲(chǔ)于對(duì)象之外”而言，稍嫌勉強(qiáng)。
2. 關(guān)于拷貝構(gòu)造函數(shù)，請(qǐng)看：http://patmusing.blog.163.com/blog/static/1358349602009113061024796/
3. 關(guān)于友元類(lèi)，請(qǐng)看：http://patmusing.blog.163.com/blog/static/1358349602010182331153/