快照模式通过保存对象状态副本实现撤销与恢复功能，核心为定义快照类、提供保存与恢复接口、维护历史记录容器，需注意深拷贝、性能、内存管理及异常安全。
在C++中实现快照模式（Snapshot Pattern）用于记录对象的状态历史，是一种有效的方式，用于支持撤销（Undo）、重做（Redo）或状态回滚功能。其核心思想是保存对象在某个时间点的完整状态，并在需要时恢复。
什么是快照模式
快照模式属于行为设计模式，它允许你在不破坏封装性的前提下，捕获并外部化一个对象的内部状态，以便之后能将对象恢复到原先的状态。
在C++中，由于对象状态通常由成员变量构成，快照模式的关键在于：
- 定义一个“快照”类来保存目标对象的状态副本
- 提供接口用于创建快照和从快照恢复
- 维护一个历史记录容器（如
std::vector
）来存储多个快照
基本实现结构
以下是一个简单的文本编辑器示例，展示如何实现快照模式：
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// 快照类：保存编辑器状态
class EditorMemento {
private:
std::string content;
public:
EditorMemento(const std::string& c) : content(c) {}
friend class TextEditor; // 允许编辑器访问私有状态
};
class TextEditor {
private:
std::string content;
public:
void SetContent(const std::string& c) {
content = c;
}
std::string GetContent() const {
return content;
}
// 创建当前状态的快照
EditorMemento Save() const {
return EditorMemento(content);
}
// 从快照恢复状态
void Restore(const EditorMemento& m) {
content = m.content;
}
};
class History {
private:
std::vector
public:
void Push(const EditorMemento& m) {
snapshots.push_back(m);
}
EditorMemento Pop() {
if (snapshots.empty()) {
throw std::out_of_range("No snapshots available");
}
EditorMemento last = snapshots.back();
snapshots.pop_back();
return last;
}
bool Empty() const {
return snapshots.empty();
}
};
使用示例
演示如何记录和恢复状态：
TextEditor editor;
History history;
editor.SetContent("第一版内容");
history.Push(editor.Save());
editor.SetContent("第二版内容");
history.Push(editor.Save());
editor.SetContent("第三版内容");
// 撤销到上一版本
if (!history.Empty()) {
editor.Restore(history.Pop());
}
// 此时内容为“第二版内容”
关键注意事项
在实际使用中需要注意以下几点：
- 深拷贝 vs 浅拷贝：如果对象包含指针或动态资源，快照必须执行深拷贝，否则恢复时可能访问无效内存
- 性能开销：频繁保存大对象状态会影响性能，可考虑只保存变化部分（增量快照）
- 内存占用：历史记录无限增长会耗尽内存，可设置最大保存数量或使用LRU策略
- 异常安全：确保拷贝构造函数和赋值操作符是异常安全的
基本上就这些。快照模式在实现撤销/重做功能时非常实用，结构清晰且易于扩展。只要注意状态复制的完整性和资源管理，就能稳定运行。
