C#设计模式之十八状态模式（State Pattern）【行为型】

一、引言

   今天我们开始讲“行为型”设计模式的第六个模式，该模式是【状态模式】，英文名称是：State Pattern。无论是现实世界，还是面向对象的OO世界，里面都有一个东西，那就是对象。有对象当然就有状态了。每个对象都有其对应的状态，而每个状态又有对应一些相应的行为，在不同状态下，行为的的方式也是不一样。如果某个对象有多个状态时，那么就会有很多对应的行为。那么对这些状态的判断和根据状态完成的行为，就会导致多重条件语句交织在一起，并且如果添加一种新的状态时，需要更改之前现有的代码。这样的设计显然违背了开闭原则，状态模式正是用来解决这样的问题的。

二、状态模式的详细介绍

2.1、动机（Motivate）

   在软件构建过程中，某些对象的状态如果改变，其行为也会随之而发生变化，比如文档处于只读状态，其支持的行为和读写状态支持的行为就可能完全不同。

   如何在运行时根据对象的状态来透明地更改对象的行为？而不会为对象操作和状态转化之间引入紧耦合？

2.2、意图（Intent）

   允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。从而使对象看起来似乎修改了其行为。　　　　　　                                ——《设计模式》GoF

2.3、结构图（Structure）

     

2.4、模式的组成
    
    可以看出，在状态模式的结构图有以下角色：

    （1）、环境角色（Context）：也称上下文，定义客户端所感兴趣的接口，并且保留一个具体状态类的实例。这个具体状态类的实例给出此环境对象的现有状态。
 
    （2）、抽象状态角色（State）：定义一个接口，用以封装环境对象的一个特定的状态所对应的行为。

    （3）、具体状态角色（ConcreteState）：每一个具体状态类都实现了环境（Context）的一个状态所对应的行为。

     在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用：
 
     环境类实际上就是拥有状态的对象，环境类有时候可以充当状态管理器(State Manager)的角色，可以在环境类中对状态进行切换操作。
 
     抽象状态类可以是抽象类，也可以是接口，不同状态类就是继承这个父类的不同子类，状态类的产生是由于环境类存在多个状态，同时还满足两个条件：这些状态经常需要切换，在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中，使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类，而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类，因此它针对抽象状态类进行编程，在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中，从而使得环境类可以改变内部状态，并且改变行为。

2.5、状态模式的代码实现

    状态模式在我们的现实生活中也有类似的例子，例如：在我们上网购买商品的过程中，就可以查看订单的随时状态。对于商家来说，订单的状态不同，也会允许客户有不同的动作要求，比如：订单在已经处于发货状态，此订单是不能退货的。如果订单在备货阶段，客户是可以换货或者退货的。如果我们的订单已经发货了，您就等着接收货物吧，如果货物有质量问题，可以拒签，或者顺利完成交易，今天我们就以订单为例来说明状态模式的实现。实现代码如下：

    namespace 状态模式的实现
    {
        //环境角色---相当于Context类型
        public sealed class Order
        {
            private State current;

            public Order()
            {
                //工作状态初始化为尚无的工作状态，等待接单中
                current = new WaitForAcceptance();
                IsCancel = false;
            }
            private double minute;
            public double Minute
            {
                get { return minute; }
                set { minute = value; }
            }

            public bool IsCancel { get; set; }

            private bool finish;
            public bool TaskFinished
            {
                get { return finish; }
                set { finish = value; }
            }
            public void SetState(State s)
            {
                current = s;
            }
            public void Action()
            {
                current.Process(this);
            }
        }

        //抽象状态角色---相当于State类型
        public interface State
        {
            //处理订单
            void Process(Order order);
        }

        //等待受理--相当于具体状态角色
        public sealed class WaitForAcceptance : State
        {
            public void Process(Order order)
            {
                System.Console.WriteLine("我们开始受理，准备备货！");
                if (order.Minute < 30 && order.IsCancel)
                {
                    System.Console.WriteLine("接受半个小时之内，可以取消订单！");
                    order.SetState(new CancelOrder());
                    order.Action();
                }
                order.SetState(new AcceptAndDeliver());
                order.TaskFinished = false;
                order.Action();
            }
        }

        //受理发货---相当于具体状态角色
        public sealed class AcceptAndDeliver : State
        {
            public void Process(Order order)
            {
                System.Console.WriteLine("我们货物已经准备好，可以发货了，不可以撤销订单！");
                if (order.Minute < 30 && order.IsCancel)
                {
                    System.Console.WriteLine("接受半个小时之内，可以取消订单！");
                    order.SetState(new CancelOrder());
                    order.Action();
                }
                if (order.TaskFinished==false)
                {
                    order.SetState(new ConfirmationReceipt());
                    order.Action();
                }
            }
        }

        //确认收货---相当于具体状态角色
        public sealed class ConfirmationReceipt : State
        {
            public void Process(Order order)
            {
                System.Console.WriteLine("检查货物，没问题可以就可以签收！");
                order.SetState(new Success());
                order.TaskFinished = false;
                order.Action();
            }
        }

        //交易成功---相当于具体状态角色
        public sealed class Success : State
        {
            public void Process(Order order)
            {
                System.Console.WriteLine("订单结算");
                order.TaskFinished = true;
            }
        }

        //取消订单---相当于具体状态角色
        public sealed class CancelOrder : State
        {
            public void Process(Order order)
            {
                System.Console.WriteLine("检查货物，有问题，取消订单！");
                order.TaskFinished = true;
            }
        }


        public class Client
        {
            public static void Main(String[] args)
            {
                //订单
                Order order = new Order();
                order.Minute = 9;
                order.Action();
                //可以取消订单
                order.IsCancel = true;
                order.Minute = 20;
                order.Action();
                order.Minute = 33;
                order.Action();
                order.Minute = 43;
                order.Action();

                Console.Read();
            }
        }
    }

三、状态模式的实现要点：

    State模式将所有与一个特定状态相关的行为都放入一个State的子类对象中，在对象状态切换时，切换相应的对象；但同时维持State的接口，这样实现了具体操作与状态转换之间的解耦。

    为不同的状态引入不同的对象使得状态转换变得更加明确，而且可以保证不会出现状态不一致的情况，因为转换是原子性的——即要么彻底转换过来，要么不转换。

    如果State对象没有实例变量，那么各个上下文可以共享同一个State对象，从而节省对象开销。

   3.1】、状态模式的优点

          （1）、封装了转换规则。

          （2）、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。

         （3）、将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。

          （4）、允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。

          （5）、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

   3.2】、状态模式的缺点

         （1）、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。

         （2）、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。

         （3）、状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，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；而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

    （3）、在以下情况下可以使用状态模式：

           （1）、对象的行为依赖于它的状态（属性）并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

          （2）、代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，使客户类与类库之间的耦合增强。在这些条件语句中包含了对象的行为，而且这些条件对应于对象的各种状态

四、.NET 状态模式的实现

     状态模式在Net里面的实现还没有研究透，如果以后有了新的学习内容，再补充进来。但是我感觉，这个模式可能在业务系统里面有更大的使用。

五、总结

      好了，今天就写到这里了。由于最近感冒了，有几天没写东西了。今天写点东西，只是写的有点慢了。