深入理解设计模式（11）：状态模式

一、什么是状态模式

定义：当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。

主要解决：当控制一个对象状态的条件表达式过于复杂时的情况。把状态的判断逻辑转移到表示不同状态的一系列类中，可以把复杂的判断逻辑简化。

意图：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为

二、状态模式的结构

在该类图中，我们看到三个角色：

（1）Context： 环境类，定义客户感兴趣的接口，维护一个State子类的实例，这个实例对应的是对象当前的状态。
（2）State：抽象状态类或者状态接口，定义一个或者一组行为接口，表示该状态下的行为动作。
（3）ConcreteState: 具体状态类，实现State抽象类中定义的接口方法，从而达到不同状态下的不同行为。

三、状态模式的使用场景

1.一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。

2.一个操作中含有庞大的多分支结构，并且这些分支决定于对象的状态。

例子：我们在微博上看到一篇文章，觉得还不错，于是想评论或者转发，但如果用户没有登录，这个时候就会先自动跳转到登录注册界面，如果已经登录，当然就可以直接评论或者转发了。这里我们可以看到，我们用户的行为是由当前是否登录这个状态来决定的，这就是典型的状态模式情景。

当然还包括很多其他动作，例如转发、分享、打赏等等，都要重复判断状态才行，如果程序随着需求的改动或者功能逻辑的增加需要修改代码，那么你只要遗漏了一个判断，就会出问题。

而使用状态模式，可以很好地避免过多的if–else –分支，状态模式将每一个状态分支放入一个独立的类中，每一个状态对象都可以独立存在，程序根据不同的状态使用不同的状态对象来实现功能。

四、状态模式和策略模式对比

如果我们在编写代码的时候，遇到大量的条件判断的时候，可能会采用策略模式来优化结构，因为这时涉及到策略的选择，但有时候仔细查看下，就会发现，这些所谓的策略其实是对象的不同状态，更加明显的是，对象的某种状态也成为判断的条件。

策略模式的Context含有一个Strategy的引用，将自身的功能委托给Strategy来完成。

我们把Strategy接口改个名字为State，这就是状态模式了，同样Context也有一个State类型的引用，也将自己的部门功能委托给State来完成。

要使用状态模式，我们必须明确两个东西：状态和每个状态下执行的动作。

在状态模式中，因为所有的状态都要执行相应的动作，所以我们可以考虑将状态抽象出来。

状态的抽象一般有两种形式：接口和抽象类。如果所有的状态都有共同的数据域，可以使用抽象类，但如果只是单纯的执行动作，就可以使用接口。

他们之间真正的区别在策略模式对Strategy的具体实现类有绝对的控制权，即Context要感知Strategy具体类型。而状态模式，Context不感知State的具体实现，Context只需调用自己的方法，这个调用的方法会委托给State来完成，State会在相应的方法调用时，自动为Context设置状态，而这个过程对Context来说是透明的，不被感知的。

五、状态模式的优缺点

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。

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。

六、状态模式的实现

抽象状态类，定义一个接口以封装与Context类（Work）的一个特定状态相关的行为。

public abstract class State
{
    public abstract void WriteProgram(Work w);
}

工作状态类，每一个子类实现一个与Context类（Work）的一个状态相关的行为。

//上午工作状态
public class ForeNoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 12)
        {
            Console.WriteLine("当前时间：{0}点，上午工作，精神百倍", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超过12点，则转入中午工作状态
            w.SetState(new NoonState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}

//中午工作状态
public class NoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 13)
        {
            Console.WriteLine("当前时间：{0}点，吃午饭，午休", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超过13点，则转入下午工作状态
            w.SetState(new AfterNoonState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}

//下午工作状态
public class AfterNoonState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Hour < 17)
        {
            Console.WriteLine("当前时间：{0}点，下午工作，继续努力", w.Hour);
        }
        else
        {
            //超过17点，则转入晚上工作状态
            w.SetState(new EveningState());
            w.WriteProgram();
        }
    }
}

//晚上工作状态
public class EveningState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        if (w.Finish)
        {
            //如果状态已完成，则转入下班状态
            w.SetState(new RestState());
            w.WriteProgram();
        }
        else
        {
            if (w.Hour < 21)
            {
                Console.WriteLine("当前时间：{0}点，加班", w.Hour);
            }
            else
            {
                //超过21点，则转入睡眠工作状态
                w.SetState(new SleepingState());
                w.WriteProgram();
            }
        }
    }
}

//睡眠工作状态
public class SleepingState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        Console.WriteLine("当前时间：{0}点，睡觉", w.Hour);
    }
}
//下班休息状态
public class RestState : State
{
    public override void WriteProgram(Work w)
    {
        Console.WriteLine("当前时间：{0}点，下班", w.Hour);
    }
}

工作类，Context类，维护一个ConcreteState子类（工作状态类）的实例，这个实例定义当前的状态

public class Work
{
    private State current;
    public Work()
    {
        //工作初始化为上午工作状态
        current = new ForeNoonState();
    }
    //“钟点”属性，状态转换的依据
    private double hour;
    public double Hour
    {
        get { return hour; }
        set { hour = value; }
    }
    //“任务完成”属性，是否能下班的依据
    private bool finish = false;
    public bool Finish
    {
        get { return finish; }
        set { finish = value; }
    }

    public void SetState(State s)
    {
        current = s;
    }

    public void WriteProgram()
    {
        current.WriteProgram(this);
    }
}

客户端代码

class Program
{
    //客户端代码
    static void Main(string[] args)
    {
        Work w = new Work();
        w.Hour = 9;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 10;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 12;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 13;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 14;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 17;

        w.Finish = false;
        //w.Finish = true;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 19;
        w.WriteProgram();
        w.Hour = 22;
        w.WriteProgram();

        Console.Read();
    }
}

结果

当前时间：9点，上午工作，精神百倍
当前时间：10点，上午工作，精神百倍
当前时间：12点，吃午饭，午休
当前时间：13点，下午工作，继续努力
当前时间：14点，下午工作，继续努力
当前时间：17点，加班
当前时间：19点，加班
当前时间：22点，睡觉

七、总结

在对象的行动取决于本身的状态时，可以适用于状态模式，免去了过多的if–else判断，这对于一些复杂的和繁琐的判断逻辑有很好的帮助。但是使用状态模式，势必会造成更多的接口和类，对于非常简单的状态判断，可以不使用。