GoF设计模式——状态模式(C++实现)

• • 概念
  • UML结构图
  • 代码实现
  • 状态模式的使用场景

状态模式是一种行为设计模式， 让你能在一个对象的内部状态变化时改变其行为。
在探讨状态模式的优雅之前，先来看看以下代码场景；

enum StateType
{
     Red,
     Green,
     Yellow
};

void handle(int stateType)
{
    while(1)
    {
        switch (stateType) {
        case Green:
        {
            qDebug()<
            qDebug()<
            qDebug()< 
输出：
 “绿灯通行90秒”
 “黄灯等3秒”
 “红灯禁行60秒”
 …
 “绿灯通行90秒”
 “黄灯等3秒”
 “红灯禁行60秒”
 handle()函数是一个基于 switch语句的状态机。模拟红绿灯，在每一个状态下，都会有不同的行为。假如需要增加新的状态类型时，我们又需要修改原来的代码，这违背了开闭原则。状态模式就是用来解决这种随着状态增加而出现多分支结构的问题，就像工厂模式消除了简单工厂模式的分支语句一样。
 
UML结构图 

 状态模式将基于switch语句的状态机转换为对象，将各种状态转换逻辑分布到State的子类之间。
 这个结构可能看上去与策略模式相似， 但有一个关键性的不同——在状态模式中， 特定状态知道其他所有状态的存在， 且能触发从一个状态到另一个状态的转换； 策略则几乎完全不知道其他策略的存在。，策略模式是让用户指定更换策略的算法，而状态模式是状态在满足一定条件下的自动更换，用户无法指定状态，最多只能设置初始状态。
 
代码实现 
将以上代码以状态模式的思想重构，将会变成以下写法
 .h文件
 
#ifndef STATEPATTERN_H
#define STATEPATTERN_H
#include
#include
#include
using namespace std;

class Context;

class State
{
public:
    State(){}
    virtual void handle(Context* context) = 0;
};


class Red : public State
{
public:
    Red(){}
    void handle(Context* context) override;
};

class Green : public State
{
public:
    Green(){}
    void handle(Context* context) override;

};

class Yellow : public State
{
public:
    Yellow(){}
    void handle(Context* context) override;
};

class Context
{
public:
    Context(State *state) {m_state = state;}
    void changeState(State *state){
        if(m_state)
            delete m_state;
        m_state = state;}
    void action();

private:
    State *m_state;
};
#endif // STATEPATTERN_H

 
.cpp文件
 
void Red::handle(Context *context){

    qDebug()<changeState(new Green());
}


void Green::handle(Context *context){
    qDebug()<changeState(new Yellow());
}


void Yellow::handle(Context *context){
    qDebug()<changeState(new Red());
}

void Context::action(){
    if(m_state)
    {
        m_state->handle(this);
    }
}

 
客户端
 
    State* ptState = new Green();
    Context* ptContext = new Context(ptState);
    while(1)
    {
       ptContext->action();
    }
    delete ptState;
    delete ptContext;
 
输出：
 “绿灯通行90秒”
 “黄灯等3秒”
 “红灯禁行60秒”
 …
 “绿灯通行90秒”
 “黄灯等3秒”
 “红灯禁行60秒”
 
状态模式的使用场景 
如果状态机只有很少的状态， 或者很少发生改变， 那么应用该模式可能会显得小题大作。
 1.如果对象需要根据自身当前状态进行不同行为， 同时状态的数量非常多且与状态相关的代码会频繁变更的话， 可使用状态模式。
 2.如果某个类需要根据成员变量的当前值改变自身行为， 从而需要使用大量的条件语句时， 可使用该模式。
 参考文献：https://refactoringguru.cn/design-patterns/state