C++实现Behavioral - State模式

【转载】 C++实现Behavioral - State模式

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也称为Objects for States模式。

允许一个对象在其内部状态改变时改变其行为，从而使对象看起来似乎修改了类。

“Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class.” – GoF

一个应用的行为往往会根据其内部变量值而表现出很大的不同。比如用Visual Studio开发程序，当写了一段程序后，如果点击保存的按钮，则所写的程序便保存到了硬盘上，然后保存按钮变灰，这时候程序文件时saved的状态；在这个状态上，如果有加了几行代码，那么状态就变成unsaved，此时，保存按钮又可以点击。saved和unsaved是程序文件的状态，保存这个动作是行为，对于saved或者unsaved，同样的保存动作有不同的意义，即，如果程序文件时saved的状态，那么点击保存按钮，则什么也不做(按钮式灰色的)；如果程序文件时unsaved状态，点击保存按钮，则保存程序文件。这个案例说明，对象的状态和其行为有密切的关系。

要解决类似上面的问题，通常的做法：

1. 设置一个状态变量

2. 用switch – case或者if – else – if这样的办法来判定对象的状态，然后根据所得到的状态，选择不同行为

如果增加了一个状态，那么

1. 增加一个状态变量

2. 修改switch – case或者if – else – if语句，这显然不符合OCP的原则(这里会增加编译的时间成本)，也没有把程序变化部分和相对稳定的部分隔离开，这会削弱应用程序的可扩展性

State模式就是为了解决上面的问题而产生的。即专门处理当对象处于不同的状态时，将会有不同的行为这样的情况。

State模式的UML类图如下：

考虑一个门的状态：

说明：

如果一个门处于Opened状态，那么对其施加close动作，就会使门的状态变成Closed的状态；

如果一个门处于Opened状态，那么对其施加open动作，那么门的状态不会改变，依旧是Opened的状态；

如果一个门处于Closed状态，那么对其施加open动作，就会使门的状态变成Opened的状态；

如果一个门处于Closed状态，那么对其施加close动作，那么门的状态不会改变，依旧是Closed的状态；

下面用State模式具体实现上面业务的C++代码：

// State.h

#include <iostream>

#include <string>

#include <typeinfo>

#include <memory>

using namespace std;

// 前置声明

class Door;

// 门的状态

class DoorState

{

public:

virtual ~DoorState();

public:

virtual void open(Door* door) = 0; // 开门

virtual void close(Door* door) = 0; // 关门

};

// 打开状态的门

class DoorOpened : public DoorState

{

public:

~DoorOpened();

public:

void open(Door* door);

void close(Door* door);

};

// 关闭状态的门

class DoorClosed : public DoorState

{

public:

~DoorClosed();

public:

void open(Door* door);

void close(Door* door);

};

// 门

class Door

{

private:

auto_ptr<DoorState> door_state; // 门的状态

public:

Door();

~Door();

public:

void open(); // 开门

void close(); // 关门

void set_state(auto_ptr<DoorState> door_state); // 设置门的状态

string get_state(); // 获取门的状态

};

// State.cpp

#include "State.h"

DoorState::~DoorState()

{

cout << "in the destructor of DoorState..." << endl;

}

DoorOpened::~DoorOpened()

{

cout << "in the destructor of DoorOpened..." << endl;

}

// 如果门已经是打开的状态，则仅输出相关信息

void DoorOpened::open(Door* door)

{

cout << "The Door is already opened. State will not change..." << endl;

}

// 如果门是关闭的状态，则关门

void DoorOpened::close(Door* door)

{

auto_ptr<DoorState> ds(new DoorClosed());

door->set_state(ds);

}

DoorClosed::~DoorClosed()

{

cout << "in the destructor of DoorClosed..." << endl;

}

// 如果门是关闭的状态，则开门

void DoorClosed::open(Door* door)

{

auto_ptr<DoorState> ds(new DoorOpened());

door->set_state(ds);

}

// 如果门已经是关闭的状态，则仅输出相关信息

void DoorClosed::close(Door* door)

{

cout << "The Door is already closed. State will not change..." << endl;

}

Door::Door()

{

auto_ptr<DoorState> ds(new DoorOpened()); // 设定门的初始状态

door_state = ds;

}

Door::~Door()

{

cout << "in the destructor of Door..." << endl;

}

void Door::open() // 开门

{

door_state->open(this);

}

void Door::close() // 关门

{

door_state->close(this);

}

void Door::set_state(auto_ptr<DoorState> door_state) // 设定门的状态

{

this->door_state = door_state;

}

// 利用RTTI技术，输出门的状态

string Door::get_state()

{ // *(door_state.get())和*(door_state)的写法是等价的，get()表示获取auto_ptr对象中underlying对象的真实指针，因此语

// 法上显得更好理解一些。但*在auto_ptr中也被重载过了，因此两者的结果是一样的。

string temp = typeid(*(door_state.get())).name(); // temp将等于 "class DoorOpened"或"class DoorClosed"

size_t found = temp.find("Door"); // 找到"Door"在temp中位置

temp = temp.substr(found + 4); // 去掉"Door"(包括其自身)前面的字符串

return temp;

}

// PatternClient.cpp

#include "State.h"

int main(int argc, char** argv)

{

Door door;

cout << "1. Initial state of the door: " << door.get_state() << endl;