在軟體開發中，我們常常會遇到這樣的需求：保存物件的歷史狀態，以便在必要時恢復到某個特定狀態。例如，文字編輯器需要支援撤銷和重做功能、遊戲需要記錄玩家的存檔。為了優雅地實現狀態保存與恢復，備忘錄模式（Memento Pattern）提供了一個優秀的解決方案。

本文將詳細介紹備忘錄模式的概念、與其他設計模式的差異、解決的問題、Golang中的實現以及在實際開發中的應用和注意事項。

什麼是備忘錄模式（Memento Pattern）？

備忘錄模式（Memento Pattern）是一種行為型設計模式，用於保存物件的某個狀態，以便在需要時恢復到該狀態。透過備忘錄模式，發起人物件（Originator）可以將其狀態儲存在一個備忘錄對象（Memento）中，並在需要時恢復狀態。此模式的核心思想是將物件的狀態封裝在備忘錄中，使外部物件無法直接存取和修改狀態。

備忘錄模式的組成部分

1. 發起人（Originator）：建立備忘錄並記錄目前狀態，同時可以透過備忘錄恢復狀態。
2. 備忘錄（Memento）：保存發起人的狀態，並在需要時提供狀態恢復。
3. 負責人（Caretaker）：管理備忘錄物件的儲存和復原。

備忘錄模式與其他模式的區別

1. 命令模式（Command Pattern）

• 目標：命令模式封裝請求並支援請求的撤銷和重做。
• 差別：命令模式著重於請求的封裝，而備忘錄模式則著重於物件狀態的儲存和復原。
  命令模式具體可查看文章：深入解析Go設計模式之命令模式（Command Pattern）在Golang中的實作與應用

2. 原型模式（Prototype Pattern）

• 目標：原型模式透過複製物件來建立新的物件。
• 差別：原型模式是透過物件複製來保存狀態，而備忘錄模式將狀態儲存到備忘錄中，以支援狀態的回溯。
  原型模式具體可查看：深入解析Go設計模式之單例模式與原型模式在Golang中的實作與應用

3. 狀態模式（State Pattern）

• 目標：狀態模式用於在狀態變化時切換物件的行為。
• 差別：狀態模式透過狀態類別控制行為，而備忘錄模式用於狀態的儲存與復原。
  狀態模式具體可查看：深入解析Go設計模式之狀態模式（State Pattern）在Golang中的實作與應用

備忘錄模式解決了什麼問題？

1. 實作撤銷和重做功能：在編輯器、遊戲等應用程式中，使用者可能需要撤銷或重做操作。
2. 保存狀態歷史：某些系統需要保存狀態的歷史，以便在必要時恢復特定的狀態。
3. 保護封裝性：備忘錄模式將狀態的細節封裝在備忘錄中，使外部無法直接修改。

備忘錄模式的應用場景

1. 文字編輯器的撤銷和重做功能：儲存每次操作的狀態，以便在使用者點擊「撤銷」或「重做」時恢復到特定狀態。
2. 遊戲存檔系統：保存玩家的遊戲進度，使玩家可以在需要時載入存檔。
3. 事務復原：在資料庫操作中，如果交易失敗，可以使用備忘錄模式回滾到上一個狀態。

Golang中的備忘錄模式實現

下面透過一個具體的Golang範例展示如何實作備忘錄模式。我們以一個文字編輯器為例，實現保存和恢復文字的狀態。

1. 定義備忘錄對象

package main

// Memento 結構體：儲存編輯器的狀態
type Memento struct { 
	state string 
}

// GetState 回傳備忘錄中的狀態
func (m *Memento) GetState() string { 
	return m.state 
}

2. 定義發起人（文字編輯器）

// Editor 結構體：發起人，負責建立備忘錄和復原狀態
type Editor struct { 
	content string 
} 

// SetContent 設定編輯器的內容
func (e *Editor) SetContent(content string) { 
	e.content = content 
} 

// Save 建立備忘錄，儲存目前狀態
func (e *Editor) Save() *Memento { 
	return &Memento{state: e.content} 
} 

// Restore 從備忘錄還原狀態
func (e *Editor) Restore(m *Memento) { 
	e .content = m.GetState() 
} 

// GetContent 取得目前編輯器的內容
func (e *Editor) GetContent() string {
	return e.content 
}

3. 定義負責人（Caretaker）

// Caretaker 結構體：管理備忘錄
type Caretaker struct { 
	history []*Memento 
} 

// Add 保存新的備忘錄
func (c *Caretaker) Add(m *Memento) { 
	c.history = append(c.history, m) 
} 

// Get 取得指定索引的備忘錄
func (c *Caretaker) Get(index int) *Memento { 
	if index < len(c.history) {
		return c.history[index] 
	} 
	return nil 
}

4. 使用備忘錄模式的範例程式碼

func main() { 
	
	editor := &Editor{} caretaker := &Caretaker{} 
	
	// 設定內容並儲存狀態
	editor.SetContent("Hello, World!")
	caretaker.Add(editor.Save()) 
	editor.SetContent(" Hello, Golang!") 
	caretaker.Add(editor.Save()) 
	editor.SetContent("Hello, Design Patterns!") 
	
	// 輸出目前內容
	fmt.Println("Current Content:", editor.GetContent()) 
	
	// 恢復到第一個已儲存的狀態
	editor.Restore(caretaker.Get(0)) 
	fmt.Println("After Restore:", editor.GetContent())
	
	// 還原到第二個已儲存的狀態
	editor.Restore( caretaker.Get(1)) 
	fmt.Println("After Restore:", editor.GetContent()) 
}

輸出

Current Content: Hello, Design Patterns!
After Restore: Hello, World!
After Restore: Hello, Golang!

程式碼解析

1. Memento 結構體：封裝編輯器的狀態，使其只能通過GetState方法訪問。
2. Editor 結構體：發起人，負責創建備忘錄並保存和恢復內容。
3. Caretaker 結構體：管理備忘錄的儲存和取得。
4. main 函數：展示如何使用備忘錄模式儲存和復原編輯器的內容。

實際開發中的應用

1. 文字編輯器：在文字編輯器中，每次內容修改後都會儲存一個狀態，以便支援撤銷和重做操作。
2. 遊戲存檔系統：保存玩家的進度，並允許玩家隨時載入存檔。
3. 資料庫事務管理：在資料庫操作失敗時，可以透過備忘錄模式實現事務的回滾。

使用備忘錄模式的注意事項

1. 記憶體消耗：備忘錄模式會保存大量的狀態，可能會導致記憶體佔用過高。在實際應用中，需要根據業務需求進行最佳化，例如限制歷史記錄的數量。
2. 狀態一致性：確保每次保存和復原的狀態是一致的，否則可能導致資料錯誤。
3. 效能問題：在頻繁保存和恢復狀態的場景中，可能會帶來一定的效能開銷。

備忘錄模式與命令模式的對比

總結

備忘錄模式是一種強大的設計模式，透過將物件的狀態封裝在備忘錄中，實現了狀態的儲存和復原。在Golang中，備忘錄模式的實作非常簡潔，透過結構體和方法組合，可以輕鬆實現複雜系統中的撤銷、重做和回滾功能。

在實際開發中，備忘錄模式廣泛應用於文字編輯器、遊戲存檔系統和資料庫事務管理等場景。合理使用備忘錄模式，可提升系統的可靠性和可維護性。如果在專案中需要實現狀態儲存和復原功能，備忘錄模式將是一個非常合適的選擇。

參考連結

• Design Patterns - Memento
• Go Design Patterns