C#设计模式--状态模式（State Pattern）

状态模式是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态发生变化时改变其行为。这种模式的核心思想是将状态封装在独立的对象中，而不是将状态逻辑散布在整个程序中。

用途

1. 简化复杂的条件逻辑：通过将不同的状态封装在不同的类中，可以避免大量的条件语句，使代码更清晰、更易于维护。
2. 提高可扩展性：添加新的状态或修改现有状态的行为时，只需修改或新增相应的状态类，而不需要修改现有的代码。
3. 提高代码的复用性：状态对象可以在多个上下文对象之间共享，提高代码的复用性。
   示例代码及类图

示例1：交通信号灯

public interface ILightState
{
    void Handle(TrafficLight context);
}

public class RedLightState : ILightState
{
    public void Handle(TrafficLight context)
    {
        Console.WriteLine("Red Light");
        context.SetState(new GreenLightState());
    }
}

public class GreenLightState : ILightState
{
    public void Handle(TrafficLight context)
    {
        Console.WriteLine("Green Light");
        context.SetState(new YellowLightState());
    }
}

public class YellowLightState : ILightState
{
    public void Handle(TrafficLight context)
    {
        Console.WriteLine("Yellow Light");
        context.SetState(new RedLightState());
    }
}

public class TrafficLight
{
    private ILightState _state;

    public TrafficLight(ILightState initialState)
    {
        _state = initialState;
    }

    public void ChangeLight()
    {
        _state.Handle(this);
    }

    public void SetState(ILightState state)
    {
        _state = state;
    }
}

类图

ILightState

+void Handle(TrafficLight context)

RedLightState

+void Handle(TrafficLight context)

GreenLightState

+void Handle(TrafficLight context)

YellowLightState

+void Handle(TrafficLight context)

TrafficLight

-ILightState _state

+TrafficLight(ILightState initialState)

+void ChangeLight()

+void SetState(ILightState state)

示例2：订单状态管理

public interface IOrderState
{
    void Handle(Order context);
}

public class PendingState : IOrderState
{
    public void Handle(Order context)
    {
        Console.WriteLine("Order is pending");
        context.SetState(new ProcessingState());
    }
}

public class ProcessingState : IOrderState
{
    public void Handle(Order context)
    {
        Console.WriteLine("Order is being processed");
        context.SetState(new ShippedState());
    }
}

public class ShippedState : IOrderState
{
    public void Handle(Order context)
    {
        Console.WriteLine("Order has been shipped");
        context.SetState(new DeliveredState());
    }
}

public class DeliveredState : IOrderState
{
    public void Handle(Order context)
    {
        Console.WriteLine("Order has been delivered");
    }
}

public class Order
{
    private IOrderState _state;

    public Order(IOrderState initialState)
    {
        _state = initialState;
    }

    public void Process()
    {
        _state.Handle(this);
    }

    public void SetState(IOrderState state)
    {
        _state = state;
    }
}

类图

IOrderState

+void Handle(Order context)

PendingState

+void Handle(Order context)

ProcessingState

+void Handle(Order context)

ShippedState

+void Handle(Order context)

DeliveredState

+void Handle(Order context)

Order

-IOrderState _state

+Order(IOrderState initialState)

+void Process()

+void SetState(IOrderState state)

示例3：游戏角色状态

public interface ICharacterState
{
    void Handle(Character context);
}

public class IdleState : ICharacterState
{
    public void Handle(Character context)
    {
        Console.WriteLine("Character is idle");
        context.SetState(new WalkingState());
    }
}

public class WalkingState : ICharacterState
{
    public void Handle(Character context)
    {
        Console.WriteLine("Character is walking");
        context.SetState(new RunningState());
    }
}

public class RunningState : ICharacterState
{
    public void Handle(Character context)
    {
        Console.WriteLine("Character is running");
        context.SetState(new IdleState());
    }
}

public class Character
{
    private ICharacterState _state;

    public Character(ICharacterState initialState)
    {
        _state = initialState;
    }

    public void Move()
    {
        _state.Handle(this);
    }

    public void SetState(ICharacterState state)
    {
        _state = state;
    }
}

类图

ICharacterState

+void Handle(Character context)

IdleState

+void Handle(Character context)

WalkingState

+void Handle(Character context)

RunningState

+void Handle(Character context)

Character

-ICharacterState _state

+Character(ICharacterState initialState)

+void Move()

+void SetState(ICharacterState state)

代码解析

1. 状态接口 (IState)：定义了一个 Handle 方法，所有具体状态类都需要实现这个方法。
2. 具体状态 (StateA 和 StateB)：实现了 IState 接口，具体实现了 Handle 方法。在处理完当前状态后，可以改变上下文的当前状态。
3. 上下文类 (Context)：维护一个对当前状态的引用，并提供一个方法 Request 来调用当前状态的 Handle 方法。上下文还提供了一个属性 State 来改变当前状态，并在状态改变时输出相关信息。

优点

1. 简化条件逻辑：通过将状态逻辑封装在不同的类中，减少了大量的条件语句，使代码更清晰、更易于维护。
2. 提高可扩展性：添加新的状态或修改现有状态的行为时，只需修改或新增相应的状态类，而不需要修改现有的代码。
3. 提高代码的复用性：状态对象可以在多个上下文对象之间共享，提高代码的复用性。

缺点

1. 增加类的数量：每种状态都需要一个类，这可能会导致类的数量增多，增加系统的复杂性。
2. 状态转换逻辑分散：状态转换的逻辑分布在不同的状态类中，有时可能难以追踪和理解。
3. 过度设计：对于简单的状态转换，使用状态模式可能会显得过于复杂，增加不必要的开销。

总结

状态模式适用于需要管理多种状态和状态转换的场景，特别是在状态逻辑较为复杂的情况下。通过将状态逻辑封装在独立的类中，可以使代码更加模块化、易于维护和扩展。然而，在简单的情况下，使用状态模式可能会增加不必要的复杂性。