漫谈设计模式 [17]：状态模式

引导性开场

菜鸟：老鸟，我最近在写一个项目，遇到一个问题。我们有一个订单系统，不同的订单状态需要执行不同的操作。现在代码里充满了各种 if-else 语句，维护起来好痛苦。有没有什么好的解决办法？

老鸟：你这个问题很常见，很多人都会遇到类似的痛点。你有没有听说过状态模式？

菜鸟：状态模式？好像听过，但不太了解。

老鸟：没关系，我们可以一步步来。先讲讲你现在的实现方式吧。

渐进式介绍概念

菜鸟：好的，我现在是这样写的：

class Order:
    def __init__(self):
        self.state = "pending"
    
    def process(self):
        if self.state == "pending":
            print("Processing pending order")
            self.state = "shipped"
        elif self.state == "shipped":
            print("Order has already been shipped")
        elif self.state == "delivered":
            print("Order has already been delivered")

order = Order()
order.process()
order.process()

老鸟：我明白了。这种方式确实可以工作，但随着状态和操作的增多，代码会变得越来越复杂。我们可以用状态模式来改进这个问题。状态模式的核心思想是：将状态和行为封装在独立的状态类中，通过改变状态对象来改变对象的行为。

菜鸟：听起来有点抽象，能不能用一个简单的例子解释一下？

老鸟：当然可以。你可以把订单的状态比作交通灯，不同的灯光对应不同的行为。比如，红灯停，绿灯行，黄灯警告。每种灯光都是一种状态，不同状态下有不同的行为。

Python代码示例，逐步展开

菜鸟：明白了，那我们怎么用Python实现这个状态模式呢？

老鸟：我们可以把每种状态抽象成一个类，定义它们各自的行为。然后在订单类中维护一个当前状态对象，通过调用状态对象的方法来执行相应的操作。

第一步：定义状态接口和具体状态类

from abc import ABC, abstractmethod

class OrderState(ABC):
    @abstractmethod
    def process(self, order):
        pass

class PendingState(OrderState):
    def process(self, order):
        print("Processing pending order")
        order.state = ShippedState()

class ShippedState(OrderState):
    def process(self, order):
        print("Order has already been shipped")

class DeliveredState(OrderState):
    def process(self, order):
        print("Order has already been delivered")

菜鸟：这些类看起来很清晰，每个状态类都实现了 OrderState 接口，并定义了自己的 process 方法。

第二步：在订单类中使用状态对象

class Order:
    def __init__(self):
        self.state = PendingState()
    
    def process(self):
        self.state.process(self)

菜鸟：我明白了，我们把状态的逻辑从订单类中分离出来，每个状态类只负责自己的逻辑。订单类只需要维护一个当前状态对象，并调用它的 process 方法。

问题与反思

菜鸟：这种方式确实比 if-else 更清晰，但如果我直接修改状态对象，比如 order.state = DeliveredState()，会不会有问题？

老鸟：确实，这样会破坏状态模式的封装性。我们应该通过状态对象的方法来改变状态，而不是直接修改状态对象。你可以在状态类中添加一个方法来改变状态，比如 set_state 方法。

优化后的实现

class Order:
    def __init__(self):
        self.state = PendingState()
    
    def set_state(self, state):
        self.state = state
    
    def process(self):
        self.state.process(self)

更新状态类中的行为

class PendingState(OrderState):
    def process(self, order):
        print("Processing pending order")
        order.set_state(ShippedState())

class ShippedState(OrderState):
    def process(self, order):
        print("Order has already been shipped")

class DeliveredState(OrderState):
    def process(self, order):
        print("Order has already been delivered")

优势与适用场景

老鸟：状态模式的优势在于，它将状态逻辑分散到单独的状态类中，使得代码更加清晰和易于维护。它的适用场景包括：

• 对象的行为依赖于其状态，并且需要在运行时根据状态改变行为。
• 需要避免大量的条件语句来处理状态转换。

菜鸟：嗯，听起来挺有道理的。

常见误区与优化建议

老鸟：需要注意的是，状态模式也有一些常见的误区，比如：

• 过度设计：不必要的情况下使用状态模式会增加代码复杂性。
• 状态转换逻辑分散：状态转换逻辑分散在各个状态类中，可能会导致难以追踪。

优化建议是：在使用状态模式时，要确保确实需要这种模式，并且在设计时尽量保持状态转换逻辑的一致性和可追踪性。

总结与延伸阅读

老鸟：今天我们通过一个订单系统的例子，逐步讲解了状态模式的概念和实现。状态模式可以让你的代码更加清晰和易于维护，但在使用时也要注意避免过度设计。你可以进一步阅读《设计模式：可复用面向对象软件的基础》这本书，它详细介绍了各种设计模式，包括状态模式。

菜鸟：谢谢老鸟，今天学到了很多。我打算继续学习其他设计模式，有什么推荐的吗？

老鸟：你可以接着学习策略模式和观察者模式，它们也是非常实用的设计模式。加油！

菜鸟：好的，我会继续学习的！