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  • 【设计模式】学习笔记14:状态模式(State)



    本文出自   http://blog.csdn.net/shuangde800



    基本常识: 策略模式和状态模式是双胞胎,在出生时才分开


    认识状态模式

    假设有一个糖果机, 它的工作状态图如下:



    要用代码实现糖果机的功能, 如果不用状态模式:

    一种方法是创建一个类,它的作用就是一个状态机,对每一个动作,我们都创建了一个对应的方法,这些方法用条件语句来决定在每一个状态内什么方法是最恰当的.比如对"投入25分钱"这个动作,对应的方法如下:

    // 我们根据糖果机的状态,定义4种状态,用整形常量来表示
    final static int SOLD_OUT= 0; // 糖果卖完了
    final static int NO_QUARTER = 1; // 没有投钱
    final static int HAS_QUARTER = 2;  // 已投钱了
    final static int SOLD = 3; // 正在出售糖果
    public void insertQurter() {
        
        // 根据不同的状态,会有不同的动作反应
        if (state == HAS_QUARTER) {
            // do something     
        } else  if (state == SOLD_OUT) {
            // do something     
        } else if (state == SOLD) {
            // do something     
        } else if (state == NO_QUARTER) {
            // do something     
        }
    }
    


    这样做的缺点:
    会产生大量的if...else语句, 代码将很不容易改变, 难以拓展.

    没有遵守"开放-关闭"原则

    不符合面向对象

    状态转换隐藏在条件语句中,所以并不明显

    没有把会改变的部分包装起来

    未来加入的代码可能导致bug



    是时候学习新的设计模式了


    定义状态模式

    状态模式允许对象在内部状态改变时改变它的行为,对象看起来好像修改了它的类


    因为这个模式将状态封装成为独立的类,并将动作委托到代表当前状态的对象,我们知道行为会随着内部状态而改变。


    Contex(上下文):是一个类,它可以拥有一些内部状态。

    State接口:定义了一个所有具体状态的共同接口;任何状态都实现这个相同的接口,这样一来,状态之间可以互相替换

    ConcreteState(具体状态): 处理来自Context的请求.每个ConcreteState都提供了它自己对于请求的实现.所以,当Context改变状态时行为也跟着改变




    状态模式的类图和策略模式的基本一模一样, 但它们的"意图"不一样

    状态模式允许Context随着状态的改变而改变行为.

    策略模式通常会用行为或算法来配置Context类. 通常某个Context类只有一个最适当的策略.


    使用状态模式通常那个会导致设计中的类数目大量增加. 因为"一个类,一个责任"原则



    用状态模式实现糖果机

    状态类图:


    1. 实现State接口

    public interface State {
     
        // 封装四种动作
    	public void insertQuarter(); // 投币
    	public void ejectQuarter();  // 退币
    	public void turnCrank();     // 转动摇柄
    	public void dispense();      // 发糖果
    }
    

    2. 实现具体的状态

    // 没有投币的状态
    public class NoQuarterState implements State {
        GumballMachine gumballMachine;
     
        public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
            this.gumballMachine = gumballMachine;
        }
     
    	public void insertQuarter() {
    		System.out.println("You inserted a quarter");
    		gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState());
    	}
     
    	public void ejectQuarter() {
    		System.out.println("You haven't inserted a quarter");
    	}
     
    	public void turnCrank() {
    		System.out.println("You turned, but there's no quarter");
    	 }
     
    	public void dispense() {
    		System.out.println("You need to pay first");
    	} 
     
    	public String toString() {
    		return "waiting for quarter";
    	}
    }
    

    // 已经投币的状态
    public class HasQuarterState implements State {
    	GumballMachine gumballMachine;
     
    	public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
    		this.gumballMachine = gumballMachine;
    	}
      
    	public void insertQuarter() {
    		System.out.println("You can't insert another quarter");
    	}
     
    	public void ejectQuarter() {
    		System.out.println("Quarter returned");
    		gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
    	}
     
    	public void turnCrank() {
    		System.out.println("You turned...");
    		gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState());
    	}
    
        public void dispense() {
            System.out.println("No gumball dispensed");
        }
     
    	public String toString() {
    		return "waiting for turn of crank";
    	}
    }
    

    // 正在售出的状态
    public class SoldState implements State {
     
        GumballMachine gumballMachine;
     
        public SoldState(GumballMachine gumballMachine) {
            this.gumballMachine = gumballMachine;
        }
           
    	public void insertQuarter() {
    		System.out.println("Please wait, we're already giving you a gumball");
    	}
     
    	public void ejectQuarter() {
    		System.out.println("Sorry, you already turned the crank");
    	}
     
    	public void turnCrank() {
    		System.out.println("Turning twice doesn't get you another gumball!");
    	}
     
    	public void dispense() {
    		gumballMachine.releaseBall();
    		if (gumballMachine.getCount() > 0) {
    			gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
    		} else {
    			System.out.println("Oops, out of gumballs!");
    			gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());
    		}
    	}
     
    	public String toString() {
    		return "dispensing a gumball";
    	}
    }
    

    .....

    3. 实现Context

    public class GumballMachine {
     
    	State soldOutState;
    	State noQuarterState;
    	State hasQuarterState;
    	State soldState;
     
    	State state = soldOutState;
    	int count = 0;
     
    	public GumballMachine(int numberGumballs) {
    		soldOutState = new SoldOutState(this);
    		noQuarterState = new NoQuarterState(this);
    		hasQuarterState = new HasQuarterState(this);
    		soldState = new SoldState(this);
    
    		this.count = numberGumballs;
     		if (numberGumballs > 0) {
    			state = noQuarterState;
    		} 
    	}
     
    	public void insertQuarter() {
    		state.insertQuarter();
    	}
     
    	public void ejectQuarter() {
    		state.ejectQuarter();
    	}
     
    	public void turnCrank() {
    		state.turnCrank();
    		state.dispense();
    	}
    
    	void setState(State state) {
    		this.state = state;
    	}
     
    	void releaseBall() {
    		System.out.println("A gumball comes rolling out the slot...");
    		if (count != 0) {
    			count = count - 1;
    		}
    	}
     
    	int getCount() {
    		return count;
    	}
     
    	void refill(int count) {
    		this.count = count;
    		state = noQuarterState;
    	}
    
        public State getState() {
            return state;
        }
    
        public State getSoldOutState() {
            return soldOutState;
        }
    
        public State getNoQuarterState() {
            return noQuarterState;
        }
    
        public State getHasQuarterState() {
            return hasQuarterState;
        }
    
        public State getSoldState() {
            return soldState;
        }
     
    	public String toString() {
    		StringBuffer result = new StringBuffer();
    		result.append("
    Mighty Gumball, Inc.");
    		result.append("
    Java-enabled Standing Gumball Model #2004");
    		result.append("
    Inventory: " + count + " gumball");
    		if (count != 1) {
    			result.append("s");
    		}
    		result.append("
    ");
    		result.append("Machine is " + state + "
    ");
    		return result.toString();
    	}
    }
    


    4. 测试类
    public class GumballMachineTestDrive {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		GumballMachine gumballMachine = new GumballMachine(5);
    
    		System.out.println(gumballMachine);
    
    		gumballMachine.insertQuarter();
    		gumballMachine.turnCrank();
    
    		System.out.println(gumballMachine);
    
    		gumballMachine.insertQuarter();
    		gumballMachine.turnCrank();
    		gumballMachine.insertQuarter();
    		gumballMachine.turnCrank();
    
    		System.out.println(gumballMachine);
    	}
    }
    

    这样做的优点:

    1. 将每个状态的行为局部化到自己的类中

    2. 将容易产生问题的if语句删除,以方便日后的维护

    3. 让每个状态"对修改关闭",让糖果机"对拓展开放",因为可以加入新的状态类

    4. 创建一个新的代码基和类结构,这更能映射糖果的图,而且容易阅读和理解


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