C++设计模式——状态模式

前言

在实际开发中，我们经常会遇到这种情况；一个对象有多种状态，在每一个状态下，都会有不同的行为。那么在代码中我们经常是这样实现的。

typedef enum tagState
{
     state,
     state1,
     state2
}State;

void Action(State actionState)
{
     if (actionState == state)
     {
          // DoSomething
     }
     else if (actionState == state1)
     {
          // DoSomething
     }
     else if (actionState == state2)
     {
          // DoSomething
     }
     else
     {
          // DoSomething
     }
}

而这种就好比简单工厂模式，当我们增加新的状态类型时，我们又需要修改原来的代码，这种对于测试是很不利的；由于简单工厂的缺点那么的明显，后来的工厂模式就克服了这个缺点，我们就可以借鉴工程模式，来解决这种随着状态增加而出现的多分支结构，而这就是我今天要总结的状态模式。

状态模式

在GOF的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书中对状态模式是这样说的：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。状态模式的重点在于状态转换，很多时候，对于一个对象的状态，我们都是让这个对象包含一个状态的属性，这个状态属性记录着对象的具体状态，根据状态的不同使用分支结构来执行不同的功能，就像上面的代码那样处理；就像上面说的，类中存在大量的结构类似的分支语句，变得难以维护和理解。状态模式消除了分支语句，就像工厂模式消除了简单工厂模式的分支语句一样，将状态处理分散到各个状态子类中去，每个子类集中处理一种状态，这样就使得状态的处理和转换清晰明确。

UML类图

Context：定义客户端感兴趣的接口，并且维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前状态；
State：定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为；
ConcreteState subclasses：每一个子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。

它们之间的协作步骤如下：

1. Context将与状态相关的请求委托给当前的ConcreteState对象处理；
2. Context可以将自身作为一个参数传递给处理该请求的状态对象。这使得状态对象在必要时可以访问Context；
3. Context是客户使用的主要接口。客户可用状态对象来配置一个Context，一旦一个Context配置完毕，它的客户不再需要直接与状态对象打交道；

使用场合

在以下两种情况下均可使用State模式：

1. 一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为；
2. 一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常有多个操作包含这一相同的条件结构。State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其它对象而独立变化。

代码实现

 #include <iostream>
 using namespace std;

 class Context;

 class State
 {
 public:
      virtual void Handle(Context *pContext) = ;
 };

 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;
      }
 };

 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;
 };

 int main()
 {
      State *pStateA = new ConcreteStateA();
      State *pStateB = new ConcreteStateB();
      Context *pContext = new Context(pStateA);
      pContext->Request();

      pContext->ChangeState(pStateB);
      pContext->Request();

      delete pContext;
      delete pStateB;
      delete pStateA;
 }

总结

状态模式总的来说是非常好理解的；没有多么深奥的时序关系，就是简单的将对象的状态和对应状态下的行为分离开来，不再是简单的if…else或switch…case分支结构了，而是每一个状态都对应一个类，一个类集中管理一个状态；在多状态的情况下，简化了程序的维护和管理，让程序结构简明化，同时也易于扩展。