設計模式(21) 狀態模式

時間 2020-09-14

標籤設計模式狀態简体版

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狀態模式容許一個對象在其內部狀態改變時改變它的行爲。用電梯來舉例，電梯能夠認爲具備開門、關門、運行、中止四種狀態，這四種狀態之間的切換具備多種限制，好比在開門狀態下不電梯不能運行，只能轉爲關門狀態；在運行狀態下，電梯只能轉爲中止狀態...
設想一下，若是要常規的if-else或者switch-case描述電梯的這幾種狀態間的切換，將生成很是複雜的、邏輯相互交織的代碼，可讀性差且不易維護。設計模式

而若是用狀態模式來實現，會是怎樣的呢？
首先建立LiftState，表明抽象的電梯狀態，包含了電梯的四個動做（方法），經過這些方法能夠切換到對應的狀態。app

public abstract class LiftState
{
    protected Context context;
    public void SetContext(Context context)
    {
        this.context = context;
    }

    public abstract void Open();
    public abstract void Close();
    public abstract void Run();
    public abstract void Stop();
}

Context是上下文類，它的做用是串聯各個狀態的過渡，在LiftSate抽象類中把Context類角色聚合進來，並傳遞到子類，這樣4個具體的實現類中本身根據環境來決定如何進行狀態的過渡。ide

public class Context
{
    public readonly static OpenningState openningState = new OpenningState();
    public readonly static ClosingState closingState = new ClosingState();
    public readonly static RunningState runningState = new RunningState();
    public readonly static StoppingState stoppingState = new StoppingState();

    private LiftState liftState;
    public LiftState LiftState
    {
        get
        {
            return liftState;
        }
        set
        {
            liftState = value;
            liftState.SetContext(this);
        }
    }

    public void Open()
    {
        this.liftState.Open();
    }
    public void Close()
    {
        this.liftState.Close();
    }
    public void Run()
    {
        this.liftState.Run();
    }
    public void Stop()
    {
        this.liftState.Stop();
    }
}

接下來是四個具體的狀態類，負責狀態之間的切換和控制，以OpenningState爲例，只能切換到Closing狀態，其它切換狀態的方法都是空實現。this

public class OpenningState : LiftState
{
    public override void Close()
    {
        base.context.LiftState = Context.closingState;
        base.context.LiftState.Close();
    }

    public override void Open()
    {
        Console.WriteLine("Openning");
    }

    public override void Run()
    {
        //
    }

    public override void Stop()
    {
        //
    }
}
public class ClosingState : LiftState
{
    public override void Close()
    {
        Console.WriteLine("Closing");
    }

    public override void Open()
    {
        base.context.LiftState = Context.openningState;
        base.context.LiftState.Open();
    }

    public override void Run()
    {
        base.context.LiftState = Context.runningState;
        base.context.LiftState.Run();
    }

    public override void Stop()
    {
        base.context.LiftState = Context.stoppingState;
        base.context.LiftState.Stop();
    }
}

public class RunningState : LiftState
{
    public override void Close()
    {
//
    }

    public override void Open()
    {
//
    }

    public override void Run()
    {
        Console.WriteLine("Running");
    }

    public override void Stop()
    {
        base.context.LiftState = Context.stoppingState;
        base.context.LiftState.Stop();
    }
}
public class StoppingState : LiftState
{
    public override void Close()
    {
        //
    }

    public override void Open()
    {
        base.context.LiftState = Context.openningState;
        base.context.LiftState.Open();
    }

    public override void Run()
    {
        base.context.LiftState = Context.runningState;
        base.context.LiftState.Run();
    }

    public override void Stop()
    {
        Console.WriteLine("Stopping");
    }
}

狀態模式

經過上面的例子能夠直觀得看到狀態模式的特色，它的核心是封裝，狀態的變動引發了行爲的變動，從外部看起來就好像這個對象對應的類發生了改變同樣。
GOF對狀態模式的描述爲：
Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class.
— Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software設計

狀態模式的UML類圖爲
code

狀態模式中有3個角色：對象

State（抽象狀態角色），接口或抽象類，負責對象狀態定義，而且封裝環境角色以實現狀態切換。
ConcreteState（具體狀態角色），每個具體狀態必須完成兩個職責：就是本狀態下要作的事情，以及本狀態如何過渡到其餘狀態。
Context（環境角色），定義客戶端須要的接口，而且負責具體狀態的切換。

狀態模式的通用的代碼

public abstract class State
{
    protected Context context;

    public void SetState(Context context)
    {
        this.context = context;
    }

    public abstract void Handle1();
    public abstract void Handle2();
}

public class ConcreteState1 : State
{
    public override void Handle1()
    {
        //本狀態下必須處理的邏輯
    }

    public override void Handle2()
    {
        base.context.CurrentState = Context.STATE2;
        base.context.Handle2();
    }
}

public class ConcreteState2 : State
{
    public override void Handle1()
    {
        base.context.CurrentState = Context.STATE1;
        base.context.Handle1();
    }

    public override void Handle2()
    {
        //本狀態下必須處理的邏輯
    }
}

public class Context
{
    public readonly static State STATE1 = new ConcreteState1();
    public readonly static State STATE2 = new ConcreteState2();

    private State currentState;
    public State CurrentState
    {
        get
        {
            return currentState;
        }
        set
        {
            this.currentState = value;
            this.currentState.SetState(this);
        }
    }

    public void Handle1()
    {
        this.CurrentState.Handle1();
    }

    public void Handle2()
    {
        this.CurrentState.Handle2();
    }
}

關於Context類，一般的作法是把狀態對象聲明爲靜態常量，有幾個狀態對象就聲明幾個靜態常量。並且環境角色具備狀態抽象角色定義的全部行爲，具體執行使用委託方式。blog

調用端代碼：接口

public class Test
{
    public static void Entry()
    {
        Context context = new Context();
        context.CurrentState = Context.STATE1;
        context.Handle1();
        context.Handle2();
    }
}