设计模式与软考试题之状态模式（一）

      从2006年-2012年，在全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试软件设计师级别考试中，状态模式已两次作为下午试题的最后一题出现（参考：历年软件设计师下午考试试题汇总统计），分别是2006年下半年和2011年下半年的两次考试。

 

【全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试  2006 年下半年 软件设计师 下午试卷】

 

       注：当年试题六和试题七二选一，试题六为C++版，试题七为Java版。

 

       试题六

       阅读以下说明和 C++代码，将应填入 （n） 处的字句写在答题纸的对应栏内。

       【说明】

       传输门是传输系统中的重要装置。传输门具有 Open（打开）、Closed（关闭）、Opening（正在打开）、StayOpen（保持打开）、Closing（正在关闭）五种状态。触发传输门状态转 换的事件有 click、complete 和 timeout 三种。事件与其相应的状态转换如图6-1 所示。

 图6-1  传输门响应事件与其状态转换图

       下面的【C++代码 1】与【C++代码 2】分别用两种不同的设计思路对传输门进行状态模拟，请填补代码中的空缺。

 

【C++代码 1】

const  int  CLOSED  =  1;  const  int  OPENING  =  2;

const  int  OPEN  =  3; const  int  CLOSING  =  4;

const  int  STAYOPEN  =  5;    //定义状态变量，用不同整数表示不同状态

 

class  Door  {

    private:

    int  state; //传输门当前状态

    void  setState(int  state){ this->state  =  state;  }  //设置当前状态

    public: Door():state(CLOSED){};

    void  getState() {       //根据当前状态输出相应的字符串

        switch(state) {

            case  OPENING:  cout  <<"OPENING" <<  endl; break;

            case  CLOSED:  cout  <<  "CLOSED" <<  endl; break;        

            case  OPEN:  cout  <<  "OPEN" <<  endl;  break;

            case  CLOSING: cout  <<  "CLOSING" <<  endl; break;

            case  STAYOPEN:  cout  <<  "STAYOPEN" <<  endl;  break;

        }

    }

 

    void  click()  {        //发生click事件时进行状态转换

        if  (（1） )   setState(OPENING);

        else  if  (（2） ) setState(CLOSING);

        else  if  (（3） ) setState(STAYOPEN);

    }

 

    void  timeout(){        //发生timeout事件时进行状态转换

        if  (state  ==  OPEN)  setState(CLOSING);

    }

 

    void  complete(){       //发生complete事件时进行状态转换

        if  (state  ==  OPENING)    setState(OPEN);

        else  if  (state  ==  CLOSING)    setState(CLOSED);

    }

};

 

int  main() {

    Door  aDoor;

    aDoor.getState();  

    aDoor.click(); 

    aDoor.getState();  

    aDoor.complete();

    aDoor.getState();                   

    aDoor.click(); 

    aDoor.getState();  

    aDoor.click();

    aDoor.getState();  

    return  0;

}

 

【C++代码 2】

class  Door  {

    public:

    DoorState  *CLOSED,  *OPENING,  *OPEN,  *CLOSING,  *STAYOPEN,  *state;

    Door();

    virtual  ~Door(){  ……  //释放申请的内存，此处代码省略};

    void  setState(DoorState  *state)  {   this->state  =  state; }

    void  getState(){

        //  此处代码省略，本方法输出状态字符串，

        //  例如，当前状态为CLOSED时,输出字符串为“CLOSED”

    }

    void  click();

    void  timeout();

    void  complete();

};

 

Door::Door() {

    CLOSED  =  new DoorClosed(this);

    OPENING  =  new DoorOpening(this);

    OPEN  =  new DoorOpen(this);

    CLOSING  =  new DoorClosing(this);

    STAYOPEN  =  new DoorStayOpen(this); 

    state  =  CLOSED;

}

void  Door::click() {   （4） ;}

void  Door::timeout() {   （5） ; }

void  Door::complete() {（6） ; }

 

class  DoorState { //定义一个抽象的状态，它是所有状态类的基类

    protected:  Door  *door;

    public:

    DoorState(Door  *door)  {  this->door  =  door;  }

    virtual  ~DoorState(void);

    virtual  void  click()  {}

    virtual  void  complete()  {}

    virtual  void  timeout()  {}

};

 

class  DoorClosed  :public  DoorState{  //定义一个基本的 Closed 状态

    public:

    DoorClosed(Door  *door):DoorState(door)  {}

    virtual  ~ DoorClosed  (){}

    void  click();

};

 

void  DoorClosed::click()  {（7） ; }

//  其它状态类的定义与实现代码省略

 

int  main() {

    Door  aDoor;

    aDoor.getState(); aDoor.click();   aDoor.getState(); aDoor.complete();

    aDoor.getState(); aDoor.timeout(); aDoor.getState(); return  0;

}

 

     试题七

       阅读以下说明以及Java程序，将应填入 （n）  处的字句写在答题纸的对应栏内。

       【说明】

传输门是传输系统中的重要装置。传输门具有 Open（打开）、Closed（关闭）、Opening（正在打开）、StayOpen（保持打开）、Closing（正在关闭）五种状态。触发状态的转换事件有 click、complete 和 timeout 三种。事件与其相应的状态转换如图7-1所示。

  

图7-1  传输门响应事件与其状态转换图

       下面的【Java 代码 1】与【Java 代码 2】分别用两种不同的设计思路对传输门进行状态模拟，请填补代码中的空缺。

【Java代码 1】

public  class  Door  {

    //定义状态变量，用不同的整数表示不同状态

    public static final int CLOSED = 1;

    public static final int OPENING = 2;

    public static final int OPEN  = 3;

    public static final int CLOSING = 4;

    public static final int STAYOPEN = 5;  

    private  int  state  =  CLOSED;

 

    private void setState(int state){this.state  =  state;} //设置传输门当前状态

    public  void  getState() {

        //  此处代码省略，本方法输出状态字符串，

        //  例如，当前状态为 CLOSED 时,输出字符串为”CLOSED”

    }

    public  void  click()  {   //发生 click 事件时进行状态转换

        if  (（1） )   setState(OPENING);

        else  if  (   （2）     )  setState(CLOSING);

        else  if  (（3） )    setState(STAYOPEN);

    }

    //发生 timeout 事件时进行状态转换

    public  void  timeout() {    if  (state  ==  OPEN)  setState(CLOSING); }

 

    public  void  complete() { //发生 complete 事件时进行状态转换

        if  (state  ==  OPENING)   setState(OPEN);

        else  if  (state  ==  CLOSING)    setState(CLOSED);

    }

 

    public  static  void  main(String  []  args){

        Door  aDoor  =  new Door();

       aDoor.getState(); aDoor.click(); aDoor.getState(); aDoor.complete(); aDoor.getState(); aDoor.click();     aDoor.getState(); aDoor.click(); aDoor.getState(); return;

    }

}

 

【Java代码 2】

public  class  Door  {

    public  final  DoorState  CLOSED  =  new DoorClosed(this);

    public  final  DoorState  OPENING  =  new DoorOpening(this);

    public  final  DoorState  OPEN  =  new DoorOpen(this);

    public  final  DoorState  CLOSING  =  new DoorClosing(this);

    public final DoorState STAYOPEN  =  new DoorStayOpen(this);

    private  DoorState  state  =  CLOSED;

 

//设置传输门当前状态

    public void setState(DoorState state){ this.state = state;}

    public  void  getState(){  //根据当前状态输出对应的状态字符串

        System.out.println(state.getClass().getName());

    }

    public  void  click() {   （4） ;}//发生 click 事件时进行状态转换

    public  void  timeout() {     （5） ;}//发生 timeout 事件时进行状态转换

    public  void  complete() {   （6） ;}//发生 complete 事件时进行状态转换

 

    public  static  void  main(String[]  args){

        Door  aDoor  =  new Door();

        aDoor.getState(); aDoor.click();   aDoor.getState(); aDoor.complete();

        aDoor.getState(); aDoor.timeout(); aDoor.getState(); return;

    }

}

 

public  abstract  class  DoorState  {  //定义所有状态类的基类

    protected  Door  door  ;

    public  DoorState(Door  door)  {this.door  =  door;}

    public  void  click()  {} public   void  complete()  {} public  void  timeout()  {}

}

 

class  DoorClosed  extends  DoorState{  //定义一个基本的 Closed 状态

    public  DoorClosed(Door  door)  {    super(door);  }

    public  void  click()  {     （7） ;   }

    //该类定义的其余代码省略

}

//其余代码省略

 

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    分析与解答：

      本题前三空的难度不大，只要能够看懂状态图并读懂代码，正确填写应该没有太大问题，后四空略有难度，特别是最后一空。在本试题中提供了两种状态转换实现方案：

      【方案一】（即代码一）没有用状态模式，将所有的状态转换代码都写到Door类中，每一个状态对应一个整型常量（状态变量），当Door的click()等方法被调用时，可以实现相应状态的转换，根据状态图，可以完成对(1)、(2)和(3)空的解答，例如当状态变量state为CLOSED或者CLOSING时，调用click()方法，状态将转换为OPENING。同理，当timeout()方法和complete()方法被调用时，某些状态之间也可以发生转换。

      【方案二】（即代码二）使用了状态模式，Door类充当环境类，提供了抽象类DoorState充当抽象状态类，其子类，如DoorClosed、DoorOpening等，充当具体状态类。在环境类Door枚举了所有的状态，提供了一个setState()方法用于设置当前状态，此外，在Door的click()方法中调用状态类的click()方法，在Door的timeout()方法中调用状态类的timeout()方法，在Door的complete()方法中调用状态类的complete()方法。因此，(4)、(5)、(6)空用于实现间接调用。第(7)空用于实现状态的切换，当状态为DoorClosed时，如果调用click()方法，那么Door的当前状态将切换到OPENING，因此在第(7)空，将调用door对象的setState()方法，注入一个DoorOpening类型的对象，由于该对象已存在于Door中，无须再重新创建。在C++中，可以通过door->OPENING来获取，而在Java中则通过door.OPENING来获取。在本试题中，状态的切换由具体状态类来完成，由环境类来维护各个具体状态类的实例。

 

推荐：深入学习状态模式

 

      参考答案：

【试题六】

(1) state == CLOSED || state == CLOSING

(2) state == OPENING || state == STAYOPEN

(3) state == OPEN

(4) state -> click()

(5) state -> timeout()

(6) state -> complete()

(7) door -> setState(door->OPENING)

 

【试题七】

(1) state == CLOSED || state == CLOSING

(2) state == OPENING || state == STAYOPEN

(3) state == OPEN

(4) state.click()

(5) state.timeout()

(6) state.complete()

(7) door.setState(door.OPENING)

 

【作者：刘伟 http://blog.csdn.net/lovelion】