State Pattern -- 狀態模式原理及實現（C++）

主要參考《大話設計模式》和《設計模式:可復用面向對象軟件的基礎》兩本書。本文介紹命令模式的實現。

 

問題出發點

 

在實際開發中，我們經常會遇到這種情況；一個對象有多種狀態，在每一個狀態下，都會有不同的行為。那么在代碼中我們經常是這樣實現的。

代碼如下:

 

typedef enum tagState
{
     state0,
     state1,
     state2
}State;
 
void Action(State actionState)
{
     if (actionState == state0)
     {
          // DoSomething
     }
     else if (actionState == state1)
     {
          // DoSomething
     }
     else if (actionState == state2)
     {
          // DoSomething
     }
     else
     {
          // DoSomething
     }
}

 

而這種就好比簡單工廠模式，當我們增加新的狀態類型時，我們又需要修改原來的代碼，這種對於測試是很不利的；由於簡單工廠的缺點那么的明顯，后來的工廠模式就克服了這個缺點，我們就可以借鑒工程模式，來解決這種隨着狀態增加而出現的多分支結構，而這就是我今天要總結的狀態模式。

 

狀態模式

What it is:Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class。

在GOF的《設計模式:可復用面向對象軟件的基礎》一書中對狀態模式是這樣說的：允許一個對象在其內部狀態改變時改變它的行為。對象看起來似乎修改了它的類。狀態模式的重點在於狀態轉換，很多時候，對於一個對象的狀態，我們都是讓這個對象包含一個狀態的屬性，這個狀態屬性記錄着對象的具體狀態，根據狀態的不同使用分支結構來執行不同的功能，就像上面的代碼那樣處理；就像上面說的，類中存在大量的結構類似的分支語句，變得難以維護和理解。狀態模式消除了分支語句，就像工廠模式消除了簡單工廠模式的分支語句一樣，將狀態處理分散到各個狀態子類中去，每個子類集中處理一種狀態，這樣就使得狀態的處理和轉換清晰明確。

State類，抽象狀態類，定義一個接口以封裝與Context的一個特定狀態相關的行為。
ConcreteState類，具體狀態，每一個子類實現一個與Context的一個狀態相關的行為。
Context類，維護一個ConcreteState子類的實例，這個實例定義當前的狀態。

 

C++代碼實現：

#include <iostream>  
using namespace std;

#define SAFE_DELETE(p) if (p) { delete p; p = NULL; }

/*聲明Context類*/
class Context;
 
/*抽象狀態類:定義一個接口以封裝與Context的一個特定狀態相關的行為*/
class State
{
public:
     virtual void Handle(Context *pContext) = 0;
};

/*Context類，維護一個ConcreteState子類的實例，這個實例定義當前的狀態*/
class Context
{
public:
     Context(State *pState) : m_pState(pState){}
 
     void Request()
     {
          if (m_pState)
          {
               m_pState->Handle(this);
          }
     }
 
     void ChangeState(State *pState)
     {
          m_pState = pState;
     }
 
private:
     State *m_pState; //這里的State指針是實現特定狀態相關的關鍵
};

class ConcreteStateA : public State
{
public:
     virtual void Handle(Context *pContext)
     {
          cout<<"I am concretestateA."<<endl;
     }
};
 
class ConcreteStateB : public State
{
public:
     virtual void Handle(Context *pContext)
     {
          cout<<"I am concretestateB."<<endl;
     }
};
 

int main()
{
     State *pStateA = new ConcreteStateA();//初始化兩個具體狀態類對象
     State *pStateB = new ConcreteStateB();
     Context *pContext = new Context(pStateA); //將具體狀態類對象交由Context類管理
     
     pContext->Request();//Context類根據對象狀態，調用該對象的特定函數Request
     pContext->ChangeState(pStateB); //改變對象狀態
     pContext->Request();

     SAFE_DELETE(pContext);
     SAFE_DELETE(pStateB);
     SAFE_DELETE(pStateA);
     
     return 0;
}

這里例子的實現思路：

一個抽象狀態類State：只包含純虛函數Handle，然后定義兩個具體狀態類，這兩個狀態類重寫了Handle函數；然后是最關鍵的Context類，這個類是包含了一個State指針，指針指向不同的對象（自己去改變這個指針使之指向新的對象），會導致Context去調用不同的對象方法，這也是虛函數機制的一大特點；

使用場合

在以下兩種情況下均可使用State模式：

1.一個對象的行為取決於它的狀態，並且它必須在運行時刻根據狀態改變它的行為；
2.一個操作中含有龐大的多分支的條件語句，且這些分支依賴於該對象的狀態。這個狀態通常用一個或多個枚舉常量表示。通常有多個操作包含這一相同的條件結構。State模式將每一個條件分支放入一個獨立的類中。這使得你可以根據對象自身的情況將對象的狀態作為一個對象，這一對象可以不依賴於其它對象而獨立變化。