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状态模式

发表于 更新于 分类于 Valine：

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。

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。

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：

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class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Context context=new Context();    
        context.Handle();    
        context.Handle();
        context.Handle();
        context.Handle();
        Console.Read();        
    }
}


public class Context
{
    private State state;
    
    public Context()
    {
        this.state=new ConcreteStateA();
    }
    
    public void SetState(State state)
    {
        this.state=state;
    }
    
    public State GetState()
    {
        return(state);
    }
    
    public void Handle()
    {
        state.Handle(this);
    }
}


public abstract class State
{
    public abstract void Handle(Context context);
}


public class ConcreteStateA : State
{
    public override void Handle(Context context)
    {
        Console.WriteLine("当前状态是 A.");
        context.SetState(new ConcreteStateB());
    }
}


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：

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当前状态是 A.
当前状态是 B.
当前状态是 A.
当前状态是 B.

通常在以下情况下可以考虑使用状态模式：

  • 当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。

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：

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class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ShareContext context=new ShareContext(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle();
        context.Handle();
        context.Handle();
        Console.Read();        
    }
}


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");
    }
    
    public void SetState(ShareState state)
    {
        this.state=state;
    }
    
    public ShareState GetState(String key)
    {
        ShareState s=stateDic[key];
        return s;
    }
    
    public void Handle()
    {
        state.Handle(this);
    }
}


public abstract class ShareState
{
    public abstract void Handle(ShareContext context);
}


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"));
    }
}


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"));
    }
}