面向对象设计模式——状态模式
状态模式
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在状态模式（State Pattern）中，类的行为是基于它的状态改变的。这种类型的设计模式属于行为型模式。
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在状态模式中，我们创建表示各种状态的对象和一个行为随着状态对象改变而改变的 context 对象。
介绍
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意图：允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。
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主要解决：对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
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何时使用：代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。
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如何解决：将各种具体的状态类抽象出来。
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关键代码：通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。而且，状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变实例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if…else 等条件选择语句。
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应用实例：
- 1、打篮球的时候运动员可以有正常状态、不正常状态和超常状态。
- 2、曾侯乙编钟中，‘钟是抽象接口’,'钟A’等是具体状态，'曾侯乙编钟’是具体环境（Context）。
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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。
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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。
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使用场景：
- 1、行为随状态改变而改变的场景。
- 2、条件、分支语句的代替者。
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注意事项：在行为受状态约束的时候使用状态模式，而且状态不超过 5 个。
示例1
- 我们将创建一个 State 接口和实现了 State 接口的实体状态类。Context 是一个带有某个状态的类。
StatePatternDemo，我们的演示类使用 Context 和状态对象来演示 Context 在状态改变时的行为变化。
步骤 1:创建一个接口。
public interface State {
public void doAction(Context context);
}
步骤 2:创建实现接口的实体类。
public class StartState implements State {
public void doAction(Context context) {
System.out.println("Player is in start state");
context.setState(this);
}
public String toString(){
return "Start State";
}
}
public class StopState implements State {
public void doAction(Context context) {
System.out.println("Player is in stop state");
context.setState(this);
}
public String toString(){
return "Stop State";
}
步骤 3:创建 Context 类。
public class Context {
private State state;
public Context(){
state = null;
}
public void setState(State state){
this.state = state;
}
public State getState(){
return state;
}
}
步骤 4:使用 Context 来查看当状态 State 改变时的行为变化。
public class StatePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
StartState startState = new StartState();
startState.doAction(context);
System.out.println(context.getState().toString());
StopState stopState = new StopState();
stopState.doAction(context);
System.out.println(context.getState().toString());
}
}
步骤 5:执行程序，输出结果：
Player is in start state
Start State
Player is in stop state
Stop State
示例2
工作状态-函数版
- 定义一个“写程序"的函数，用来根据时间的不同体现不同的工作状态
static int Hour = 0; //钟点
static bool WorkFinished = false; //任务完成标记
//写程序方法
public static void WriteProgram()
{
if (Hour < 12)
{
Console. WriteLine ("当前时间: {0}点 上午工作，精神百倍"，Hour);
}
else if (Hour < 13)
{
Console.WriteLine ("当前时间: {0}点 饿了，午饭:犯困，午休。"，Hour);
}
else if (Hour < 17)
{
Console. . WriteLine ("当前时间: {0}点下午状态还不错，继续努力"，Hour);
}
else
{
if (WorkFinished)
{
Console. WriteLine ("当前时间: {0}点 下班回家了"，Hour);
}
else
{
if (Hour < 21)
{
Console . WriteLine ("当前时间: {0}点 加班哦，疲累之极"，Hour);
}
else
{
Console .WriteLine ("当前时间: {0}点 不行了，睡着了。"，Hour);
}
}
}
}
- 客户端代码
static void Main(string[] args)
{
Hour = 9;
WriteProgram() ;
Hour= 10;
WriteProgram() ;
Hour=.12;
WriteProgram() ;
Hour= 13;
WriteProgram() ;
Hour= 14;
WriteProgram() ;
Hour= 17;
WorkFinished = true;
//WorkFinished = false;
WriteProgram() ; .
Hour= 19;
WriteProgram() ;
Hour- 22;
writeProgram() ;
Console .Read() ;
}
工作状态-分类版
- 工作类
public class Work
{
private int hour;
public int Hour
{
get { return hour; }
set { hour = value; }
private bool finish = false;
public bool TaskFinished
{
get { return finish; }
set { finish = value; }
}
public void WriteProgram()
{
if (hour < 12)
{
Console . WriteLine ("当前时间: {0}点 上午工作，精神百倍"，hour);
}
else if (hour < 13)
{
Console. WriteLine ("当前时间: {0}点 饿了，午饭:犯困，午休。"，hour);
}
else if (hour < 17)
{
Console. WriteLine ("当前时间: {0}点 下午状态还不错，继续努力"，hour); }
else
{
if (finish) {
Console . WriteLine ("当前时间: {0}点 下班回家了"，hour); }
else
{
if (hour < 21)
{
Console. WriteLine("当前时间: {0}点 加班哦，疲累之极"，hour);
}
else
{
Console. WriteLine("当前时间: {0}点 不行了，睡着了。"，hour);
}
}
}
}
}
static void Main (string[] args)
{
//紧急项目
Work emergencyProjects = new Work();
emergencyProjects.Hour = 9;
emergencyProjects.WriteProgram();
emergencyProjects.Hour = 10;
emergencyProjects.WriteProgram();
emergencyProjects.Hour=12;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 13;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 14;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 17;
// eme rgencyProjects . WorkFinished = true;
emergencyProjects.TaskFinished . false;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 19;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 22;
emergencyProjects.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点饿了，午饭:犯困，午休
当前时间: 13 点，下午状态还不错，继续努力
当前时间: 14 点下午状态还不错，继续努力
当前时间: 17点加班哦，疲累之极
当前时间: 19点加班哦，疲累之极
当前时间: 22点不行了，睡着了。
- 发现问题：方法过长是坏味道
状态模式
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代码结构图:
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State类，抽象状态类，定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为。
abstract class State
{
public abstract void Handle (Context context) ;
}
- ConcreteState类，具体状态，每- 一个子类实现-一个与Context的一个状态相关的行为。
class ConcreteStateA : State
{
public override void Handle (Context context)
{
context.State = new ConcreteStateB() ;
}
}
class ConcreteStateB : State
public override void Handle (Context context)
{
context.State = new ConcreteStateA() ;
}
}
- Context类，维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前的状态。
class Context
{
private State state;
public Context (State state)
{
this.state = state; //定义Context的初始状态
}
//可读写的状态属性，用于读取当前状态和设置新状态
public State State
{
get { return state; }
set
{
state = value;
Console.WriteLine ("当前状态:" + state. GetType () .Name) ;
}
}
public void Request ()
{
//对请求做处理，并设置下一状态
state. Handle (this) ;
}
}
- 客户端代码
static void Main(string[] args)
{
//设置Context的初始状态为ConcreteStateA
Context C = new Context (new ConcreteStateA()) ;
C.Request() ;
C. Request() ; //不断的请求，同时更改状态
C. Request() ;
C. Request () ;
Console.Read();
}
小结
- 状态模式的好处：是将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来。
- 什么时候使用：
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- 当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时，就可以考
虑使用状态模式了。
- 当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时，就可以考
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- 另外如果业务需求某项业务有多个状态，通常都是一些枚举常量，状态的变化都是依靠大量的多
分支判断语句来实现，此时应该考虑将每一种业务状态定义为一一个State 的子类。
- 另外如果业务需求某项业务有多个状态，通常都是一些枚举常量，状态的变化都是依靠大量的多
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工作状态-状态模式版
- 抽象状态类
//抽象状态
public abstract class State
{
public abstract void WriteProgram (Work w) ;
}
- 上午和中午工作状态类
//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 饿了，午饭;犯困，午休。"，w. Hour);
}
else
{
//超过13点，则转入下午工作状态
w.SetState (new AfternoonState()) ;
w. WriteProgram() ;
}
}
}
- 下午和傍晚工作状态类
//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 下午状态还不错，继续努力"，w. Hour);
}
else
{
//超过17点，则转入傍晚工作状态
w. SetState (new EveningState()) ;
w. WriteProgram() ;
}
}
}
//晚间工作状态
public class EveningState : State
{
public override void WriteProgram (Work w)
{
if (w.TaskFinished)
{
//如果完成任务，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 加班哦，疲累之极"，w.Hour);
}
else
{
//超过21点，则转入睡眠工作状态
w.SetState (new SleepingState()) ;
W.WriteProgram() ;
}
}
}
}
- 睡眠状态和下班休息状态类
//睡眠状态
public class SleepingState : State
{
public override void WriteProgram (Work w)
{
Console. WriteLine ("当前时间: {0}点不行了， 睡着了。"，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 下班回家了"，w. Hour) ;
}
}
- 工作类 ,此时没有过长的分支判断语句
//工作
public class Work
{
//工作初始化为上午工作状态，即上午9点开始上班
private State current;
public Work()
{
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 TaskFinished
{
get { return finish; }
set { finish = value; }
}
public void SetState (State s)
{
current = s;
}
public void WriteProgram ()
{
current.WriteProgram (this) ;
}
}
static void Main (string[] args)
{
//紧急项目
Work emergencyProjects = new Work();
emergencyProjects.Hour = 9;
emergencyProjects.WriteProgram();
emergencyProjects.Hour = 10;
emergencyProjects.WriteProgram();
emergencyProjects.Hour=12;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 13;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 14;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 17;
// eme rgencyProjects . WorkFinished = true;
emergencyProjects.TaskFinished . false;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 19;
emergencyProjects.WriteProgram() ;
emergencyProjects.Hour = 22;
emergencyProjects.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点饿了，午饭:犯困，午休
当前时间: 13 点，下午状态还不错，继续努力
当前时间: 14 点下午状态还不错，继续努力
当前时间: 17点加班哦，疲累之极
当前时间: 19点加班哦，疲累之极
当前时间: 22点不行了，睡着了。
- 摘用了菜鸟教程和大话设计模式