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  • 行为型模式之状态模式

    在软件开发过程中,应用程序中的有些对象可能会根据不同的情况做出不同的行为,我们把这种对象称为有状态的对象,而把影响对象行为的一个或多个动态变化的属性称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时,其内部状态会发生改变,从而使得其行为也随之发生改变。

    对这种有状态的对象编程,传统的解决方案是:将这些所有可能发生的情况全都考虑到,然后使用 if-else 语句来做状态判断,再进行不同情况的处理。但当对象的状态很多时,程序会变得很复杂。而且增加新的状态要添加新的 if-else 语句,这违背了“开闭原则”,不利于程序的扩展。

    以上问题如果采用“状态模式”就能很好地得到解决。状态模式的解决思想是:当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时,把相关“判断逻辑”提取出来,放到一系列的状态类当中,这样可以把原来复杂的逻辑判断简单化

    定义与特点

    状态(State)模式的定义:对有状态的对象,把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中,允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

    状态模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下:

    • 状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中,并且将不同状态的行为分割开来,满足“单一职责原则”
    • 减少对象间的相互依赖,将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确,且减少对象间的相互依赖。
    • 有利于程序的扩展,通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

    状态模式的主要缺点如下:

    • 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数
    • 状态模式的结构与实现都较为复杂,如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。

    结构与实现

    状态模式把受环境改变的对象行为包装在不同的状态对象里,其意图是让一个对象在其内部状态改变的时候,其行为也随之改变。

    模式的结构

    状态模式包含以下主要角色:

    • 环境(Context)角色:也称为上下文,它定义了客户感兴趣的接口,维护一个当前状态,并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理
    • 抽象状态(State)角色:定义一个接口,用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为
    • 具体状态(Concrete State)角色:实现抽象状态所对应的行为

    其结构图如图所示:

    模式的实现

    状态模式的实现代码如下:

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Context context=new Context();    //创建环境       
            context.Handle();    //处理请求
            context.Handle();
            context.Handle();
            context.Handle();
            Console.Read();        
        }
    }
    
    //环境类
    public class Context
    {
        private State state;
        //定义环境类的初始状态
        public Context()
        {
            this.state=new ConcreteStateA();
        }
        //设置新状态
        public void SetState(State state)
        {
            this.state=state;
        }
        //读取状态
        public State GetState()
        {
            return(state);
        }
        //对请求做处理
        public void Handle()
        {
            state.Handle(this);
        }
    }
    
    //抽象状态类
    public abstract class State
    {
        public abstract void Handle(Context context);
    }
    
    //具体状态A类
    public class ConcreteStateA : State
    {
        public override void Handle(Context context)
        {
            Console.WriteLine("当前状态是 A.");
            context.SetState(new ConcreteStateB());
        }
    }
    
    //具体状态B类
    public class ConcreteStateB : State
    {
        public override void Handle(Context context)
        {
            Console.WriteLine("当前状态是 B.");
            context.SetState(new ConcreteStateA());
        }
    }
    

    程序运行结果如下:

    当前状态是 A.
    当前状态是 B.
    当前状态是 A.
    当前状态是 B.
    

    应用场景

    通常在以下情况下可以考虑使用状态模式:

    • 一个对象的行为取决于它的状态,并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时,就可以考虑使用状态模式。
    • 一个操作中含有庞大的分支结构,并且这些分支决定于对象的状态时

    扩展:引入享元模式

    在有些情况下,可能有多个环境对象需要共享一组状态,这时需要引入享元模式,将这些具体状态对象放在集合中供程序共享,其结构图如图所示:

    分析:共享状态模式的不同之处是在环境类中增加了一个 HashMap 来保存相关状态,当需要某种状态时可以从中获取,其程序代码如下:

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ShareContext context=new ShareContext(); //创建环境       
            context.Handle(); //处理请求
            context.Handle();
            context.Handle();
            context.Handle();
            Console.Read();        
        }
    }
    
    //享元环境类
    public class ShareContext
    {
        private ShareState state;
        private Dictionary<String, ShareState> stateDic=new Dictionary<String, ShareState>();
        public ShareContext()
        {
            state=new ConcreteState1();
            stateDic.Add("1", state);
            state=new ConcreteState2();
            stateDic.Add("2", state);
            state=GetState("1");
        }
        //设置新状态
        public void SetState(ShareState state)
        {
            this.state=state;
        }
        //读取状态
        public ShareState GetState(String key)
        {
            ShareState s=stateDic[key];
            return s;
        }
        //对请求做处理
        public void Handle()
        {
            state.Handle(this);
        }
    }
    
    //抽象状态类
    public abstract class ShareState
    {
        public abstract void Handle(ShareContext context);
    }
    
    //具体状态1类
    public class ConcreteState1 : ShareState
    {
        public override void Handle(ShareContext context)
        {
            Console.WriteLine("当前状态是: 状态1");
            context.SetState(context.GetState("2"));
        }
    }
    
    //具体状态2类
    public class ConcreteState2 : ShareState
    {
        public override void Handle(ShareContext context)
        {
            Console.WriteLine("当前状态是: 状态2");
            context.SetState(context.GetState("1"));
        }
    }
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/timefiles/p/StatePattern.html
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