21行为型设计模式——状态模式

一、状态模式介绍

状态模式（State Pattern）是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为，使对象看起来好像修改了其类。通过将状态行为封装在状态对象中，状态模式将对象的状态与其行为解耦，从而使得在状态变化时，代码的可维护性和可扩展性提高。

状态模式的结构图

1. Context（上下文）：

   • 上下文类，通常包含一个指向当前状态的引用，并且有一个方法来改变状态。它会调用当前状态的行为。

2. State（状态接口或抽象类）：

   • 声明一个接口或抽象类，这个接口或抽象类定义了具体状态类所需的操作。

3. ConcreteState（具体状态类）：

   • 实现状态接口或继承自状态抽象类，定义具体的状态行为。每个具体状态类封装了与该状态相关的行为。

二、状态模式的设计方法

假设我们有一个简单的订单处理系统，不同的订单状态（如待处理、已发货、已完成）需要不同的行为。使用状态模式可以将这些行为分离到不同的状态类中。

state.cpp

#include <iostream>
#include <string>

// 状态接口
class State {
public:
	virtual void handleRequest() = 0;
};

// 具体状态
class PendingState : public State {
public:
	void handleRequest() {
		std::cout << "订单正在处理.\n"; 
	}
};

// 具体状态
class ConfirmState : public State {
public:
	void handleRequest() override {
		std::cout << "商家已接单.\n";
	}
};

// 具体状态
class ShippedState : public State {
public:
	void handleRequest() override {
		std::cout << "商品(订单)运输中.\n";
	}
};

// 具体状态
class ReceivedState : public State {
public:
	void handleRequest() override {
		std::cout << "客户收到货.\n";
	}
};

// 上下文
class OrderContext {
public:
	OrderContext(State* state) : currentState(state) {}	
	
	void setState(State* state) {
		currentState = state;
	}
	
	void request() {
		currentState->handleRequest();
	}
	
private:
	State* currentState;
};

void doWorking() {
	PendingState  pending;
	ConfirmState confirm;
	ShippedState shipped;
	ReceivedState received;
	
	OrderContext order(&pending);
	order.request();	// 模拟订单系统的处理行为
	order.setState(&confirm);
	order.request();
	order.setState(&shipped);
	order.request();
	order.setState(&received);
	order.request();
	return;
}

int main() {

	doWorking();
	return 0;
}

运行效果

三、状态模式的应用场景

1. 工作流管理

场景描述： 在工作流系统中，任务或流程可能有多种状态，例如"待审批"、"审批中"、"已完成"等。每个状态下的操作和行为可能不同。

应用示例： 使用状态模式可以定义不同的状态类（如PendingState，InReviewState，CompletedState），每个状态类实现对应的操作逻辑，并且可以根据状态转移规则切换状态。这样，工作流系统在处理不同状态时，可以更加清晰和模块化。

2. 订单处理系统

场景描述： 电商平台中的订单处理通常涉及多个状态，如"新订单"、"已发货"、"已完成"、"已取消"等。每个状态下的操作（如发货、取消订单）都是不同的。

应用示例： 使用状态模式来管理订单的状态。每个状态（例如NewOrderState，ShippedState，CompletedState，CancelledState）会实现不同的操作方法，并且通过上下文类来维护和切换这些状态。

3. 游戏开发

场景描述： 在游戏中，角色或对象通常有多个状态，如"行走"、"跳跃"、"攻击"、"休息"等。每个状态下的行为和属性是不同的。

应用示例： 使用状态模式为角色定义不同的状态类（例如WalkingState，JumpingState，AttackingState，RestState），并在上下文类中管理角色的状态。这使得状态转移和行为变化变得更加直观和易于维护。

4. UI组件

场景描述： 用户界面（UI）组件如按钮可能有不同的状态，如"正常"、"悬停"、"按下"、"禁用"等，每种状态下的外观和行为都可能不同。

应用示例： 使用状态模式来管理按钮的不同状态。每个状态类（如NormalState，HoverState，PressState，DisableState）定义相应的绘制和交互逻辑，并在按钮类中根据用户操作切换状态。

5. 电梯控制系统

场景描述： 电梯有不同的状态，如"空闲"、"上升中"、"下降中"、"门开"等。每个状态下电梯的行为是不同的。

应用示例： 使用状态模式来管理电梯的状态。定义不同的状态类（如IdleState,MovingUpState,MovingDownState,DoorOpenState），每个状态类负责处理相应的行为，并通过上下文类来切换电梯的状态。

6. 网络连接管理

场景描述： 网络连接可能有多个状态，如"连接中"、"连接成功"、"连接失败"、"断开连接"等。不同的状态下需要执行不同的操作或处理不同的事件。

应用示例： 使用状态模式来管理网络连接的状态。每个状态类（如ConectingState,ConectedState,FailedState,DisconnectedState）实现不同的处理逻辑，并在网络连接管理类中根据实际情况切换状态。

四、总结

状态模式通过将不同状态的行为封装到独立的状态类中，提供了一种清晰的方式来管理对象在不同状态下的行为。虽然它可能引入一些额外的复杂性，但在需要管理多个状态和状态转换时，它能显著提高代码的可维护性和灵活性。