‌状态模式（State Pattern）

‌状态模式（State Pattern）

定义

‌状态模式（State Pattern）‌ 是一种行为设计模式，允许对象在其 ‌内部状态改变时改变它的行为‌，使对象看起来像是修改了自身的类。该模式通过将状态相关的行为封装到独立的类中，消除复杂的条件判断逻辑，提升代码可维护性。

核心思想

• ‌状态与行为绑定‌：将每个状态的行为封装到独立类中，避免 if-else 或 switch-case 的泛滥。

• 动态切换状态‌：对象通过委托调用当前状态类的方法，状态变更时自动切换行为逻辑。

• 开闭原则‌：新增状态时无需修改现有代码，只需添加新的状态类。

模式结构

角色	职责
‌Context	上下文类，持有当前状态对象，定义客户端交互接口。
‌IState	状态接口，声明状态相关的操作方法（如 Handle()）。
‌ConcreteState	具体状态类，实现 IState 接口，定义该状态下的具体行为逻辑。

主要解决的问题

• ‌消除复杂条件分支‌：将状态相关的逻辑分散到独立的类中，避免代码臃肿。

• ‌状态转换透明化‌：通过状态对象管理状态迁移逻辑，使代码更清晰易维护。

• 支持动态扩展‌：新增状态时无需修改现有状态类和上下文类。

代码示例

场景描述

模拟电梯（Elevator）的状态切换：

• 电梯有 ‌开门（Open）‌、‌关门（Close）‌、‌运行（Run）‌、‌停止（Stop）‌ 四种状态。
• 不同状态下，电梯对同一操作（如按下按钮）的响应不同。

实现代码

using System;

// 状态接口
interface IElevatorState
{
    void Handle(Elevator elevator);
}

// 具体状态：开门状态
class OpenState : IElevatorState
{
    public void Handle(Elevator elevator)
    {
        Console.WriteLine("电梯门已打开，无法移动。");
        // 切换到关门状态
        elevator.SetState(new CloseState());
    }
}

// 具体状态：关门状态
class CloseState : IElevatorState
{
    public void Handle(Elevator elevator)
    {
        Console.WriteLine("电梯门已关闭，准备运行。");
        // 切换到运行状态
        elevator.SetState(new RunState());
    }
}

// 具体状态：运行状态
class RunState : IElevatorState
{
    public void Handle(Elevator elevator)
    {
        Console.WriteLine("电梯正在运行，即将到达目标楼层。");
        // 切换到停止状态
        elevator.SetState(new StopState());
    }
}

// 具体状态：停止状态
class StopState : IElevatorState
{
    public void Handle(Elevator elevator)
    {
        Console.WriteLine("电梯已停止，准备开门。");
        // 切换到开门状态
        elevator.SetState(new OpenState());
    }
}

// 上下文类：电梯
class Elevator
{
    private IElevatorState _currentState;

    public Elevator()
    {
        // 初始状态为停止状态
        _currentState = new StopState();
    }

    // 设置当前状态
    public void SetState(IElevatorState state)
    {
        _currentState = state;
    }

    // 触发状态行为（例如用户按下按钮）
    public void PressButton()
    {
        _currentState.Handle(this);
    }
}

// 客户端调用
class Program
{
    static void Main()
    {
        Elevator elevator = new Elevator();

        // 模拟用户多次按下按钮
        elevator.PressButton(); // 停止 → 开门
        elevator.PressButton(); // 开门 → 关门
        elevator.PressButton(); // 关门 → 运行
        elevator.PressButton(); // 运行 → 停止
    }
}

输出结果

电梯已停止，准备开门。  
电梯门已打开，无法移动。  
电梯门已关闭，准备运行。  
电梯正在运行，即将到达目标楼层。  

总结

优点‌

• ‌代码清晰‌：状态逻辑分散到独立类中，避免条件分支嵌套。

• ‌高扩展性‌：新增状态只需添加新类，无需修改现有代码。

• 封装状态迁移‌：状态切换逻辑由具体状态类自行管理，上下文类无需关心细节。

缺点

• ‌类数量膨胀‌：状态较多时会导致类的数量增加。

• 状态迁移复杂度‌：若状态转换逻辑复杂，可能需要额外的协调机制。