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。

posted @ 2018-11-06 10:56  一指流砂~  阅读(2061)  评论(0编辑  收藏  举报