2.设计模式中状态模式(对象的行为模式)(Python实现)

1.什么是状态模式？

2.状态模式的设计思想

3.状态模式的代码框架模型

4.分别用框架模型和不用框架模型来处理下面的例子

5.模型说明

6. 应用场景

1.什么是状态模式？

如水一般，状态即事物所处的某一种形态。状态模式是说一个对象在其内部状态发生改变时，其表现的行为和外在的属性不一样，这个对象看上去就像改变了它的类型一样。因此，状态模式又称为对象的行为模式

2.状态模式的设计思想

水有三种不同的状态，冰、水、水蒸气。三种不同的状态有着完全不一样的外在特性。三种状态也是相差巨大，但其实内部组成都是一样的，都是水分子。

状态模式的核心思想就是一个事物（对象）有多种状态，在不同的状态下所表现出来的行为和属性不一样

3.状态模式的代码框架模型
# 引入 ABCMeta 和 abstractmethod 来定义抽象类和抽象方法
from abc import ABCMeta,abstractmethodclass Context(metaclass=ABCMeta):"""状态模式的上下文环境类"""def __init__(self):self.__states = []self.__curState = None# 状态发生变化依赖的属性，当这一变量由多个变量共同决定时可以将其单独定义成一个类self.__stateInfo = 0def addState(self, state):if state not  in self.__states:self.__states.append(state)def changeState(self, state):if state is None:return Falseif self.__curState is None:print("初始化为",state.getName())else:print("由",self.__curState.getName(),"变为",state.getName())self.__curState = stateself.addState(state)return Truedef getState(self):return self.__curStatedef __setStateInfo(self, stateInfo):self.__stateInfo = stateInfofor state in self.__states:if state.isMatch(stateInfo):self.changeState(state)def __getStateInfo(self):return self.__stateInfoclass State:"""状态的基类"""def __init__(self, name):self.__name = namedef getName(self):return self.__namedef isMatch(self, stateInfo):"""状态的属性 stateInfo 是否在当前的状态范围"""return False@abstractmethoddef behavior(self, context):pass
4.分别用框架模型和不用框架模型来处理下面的例子

用水的三种状态，理解状态模式

不管水是什么状态，对象始终是水，所以会有一个 Water类，而它有三种状态，我们可以定义三个状态类，

SolidState、LiquidState、GaseousState；就单从这三个单词中每个都有个State的后缀，可以抽出一个更抽象的类

这个类就是状态类（State）。

首先不用框架模型
# 引入 ABCMeta 和 abstractmethod 来定义抽象类和抽象方法
from abc import ABCMeta, abstractmethodclass Water:"""水"""def __init__(self, state):self.__temperature = 25  # 默认常温为25℃self.__state = state#  设置状态def setState(self, state):self.__state = state# 改变状态def changeState(self, state):if self.__state:print("由", self.__state.getName(), "变为", state.getName())else:print("初始化为", state.getName())self.__state = state# 获取温度def getTemperature(self):return self.__temperature# 设置温度def setTemperature(self, temperature):self.__temperature = temperatureif self.__temperature <= 0:self.changeState(SolidState("固态"))elif self.__temperature <= 100:self.changeState(LiquidState("液态"))else:self.changeState(GaseousState("气态"))# 提升温度def riseTemperature(self, step):self.setTemperature(self.__temperature + step)# 降低温度def reduceTemperature(self, step):self.setTemperature(self.__temperature - step)# 表现出的形态def behavior(self):self.__state.behavior(self)class State(metaclass=ABCMeta):"""状态的基类"""def __init__(self, name):self.__name = namedef getName(self):return self.__namedef isMatch(self, stateInfo):"""状态的属性 stateInfo 是否在当前的状态范围"""return False@abstractmethoddef behavior(self, water):"""不同状态下的行为"""passclass SolidState(State):"""固态"""def __init__(self, name):super().__init__(name)def behavior(self, water):print("当前的温度" + str(water.getTemperature()) + "℃，为固态冰")class LiquidState(State):"""液态"""def __init__(self, name):super().__init__(name)def behavior(self, water):print("当前的温度" + str(water.getTemperature()) + "℃，为液态水")class GaseousState(State):"""气态"""def __init__(self, name):super().__init__(name)def behavior(self, water):print("当前的温度" + str(water.getTemperature()) + "℃，为气态水蒸气")def testState():water = Water(LiquidState("液态"))water.behavior()water.setTemperature(-4)water.behavior()water.riseTemperature(18)water.behavior()water.riseTemperature(110)water.behavior()testState()
首先设置状态为液态，然后调用behavior()方法，看表现的状态，再进行设置温度，以及提升温度，看它不同的温度所表现的状态

运行结果：

State是抽象状态类（基类），负责状态的定义和接口的统一。

使用框架模式，
# 引入 ABCMeta 和 abstractmethod 来定义抽象类和抽象方法
from abc import ABCMeta, abstractmethodclass Context(metaclass=ABCMeta):"""状态模式的上下文环境类"""def __init__(self):self.__states = []self.__curState = Noneself.__stateInfo = None# 状态发生变化依赖的属性，当这一变量由多个变量共同决定时可以将其单独定义成一个类self._stateInfo = 0def addState(self, state):if state not in self.__states:self.__states.append(state)def changeState(self, state):if state is None:return Falseif self.__curState is None:print("初始化为", state.getName())else:print("由", self.__curState.getName(), "变为", state.getName())self.__curState = stateself.addState(state)return Truedef getState(self):return self.__curStatedef setStateInfo(self, stateInfo):self.__stateInfo = stateInfofor state in self.__states:if state.isMatch(stateInfo):self.changeState(state)def getStateInfo(self):return self.__stateInfoclass Water(Context):"""水"""def __init__(self):super().__init__()# 添加三种状态self.addState(SolidState("固态"))self.addState(LiquidState("液态"))self.addState(GaseousState("气态"))# 设置温度self.setTemperature(25)def getTemperature(self):return self.getStateInfo()def setTemperature(self, temperature):self.setStateInfo(temperature)def riseTemperature(self, step):self.setTemperature(self.getTemperature() + step)def reduceTemperature(self, step):self.setTemperature(self.getTemperature() - step)def behavior(self):# 获取状态state = self.getState()if isinstance(state, State):state.behavior(self)# 单例的装饰器
def singleton(cls, *args, **kwargs):"""构造一个单例的装饰器"""instance = {}def _singleton(*args, **kwargs):if cls not in instance:instance[cls] = cls(*args, **kwargs)return instance[cls]return _singletonclass State(metaclass=ABCMeta):"""状态的基类"""def __init__(self, name):self.__name = namedef getName(self):return self.__namedef isMatch(self, stateInfo):"""状态的属性 stateInfo 是否在当前的状态范围"""return False@abstractmethoddef behavior(self, water):"""不同状态下的行为"""pass@singleton
class SolidState(State):"""固态"""def __init__(self, name):super().__init__(name)def isMatch(self, stateInfo):return stateInfo < 0def behavior(self, context):print("当前的温度" + str(context.getStateInfo()) + "℃，为固态冰")class LiquidState(State):"""液态"""def __init__(self, name):super().__init__(name)def isMatch(self, stateInfo):return 0 <= stateInfo < 100def behavior(self, context):print("当前的温度" + str(context.getStateInfo()) + "℃，为液态水")class GaseousState(State):"""气态"""def __init__(self, name):super().__init__(name)# 当温度大于100，即为气态，范围truedef isMatch(self, stateInfo):return stateInfo >= 100def behavior(self, context):print("当前的温度" + str(context.getStateInfo()) + "℃，为气态水蒸气")def testState():water = Water()water.behavior()water.setTemperature(-4)  # 设置温度water.behavior()water.riseTemperature(18)  # 提升温度18℃water.behavior()water.riseTemperature(110)  # 提升温度110℃water.behavior()testState()
运行结果：

5.模型说明

设计要点 在实现状态模式的时候，实现的场景状态有时候会非常复杂，决定状态变化的因素也非常多，我们可以把决定状态变化的属性单独抽象成一个类StateInfo，这样判断状态属性是否符合当前的状态isMatch时，就可以传入更多的信息。
每一种状态应当只有唯一的实例。

状态模式的优缺点
（1）优点：
①封装了状态的转换规则，在状态模式中可以将状态的转换代码封装在环境类中，对状态转换代码进行集中管理，而不是分散在一个个业务逻辑中。
②将所有的与某个状态有关的行为放到一个类中（称为状态类），使开发人员只专注于该状态下的逻辑开发。
③允许状态转换逻辑与状态对象合为一体，使用时只需要注入一个不同的状态对象即可，使环境对象拥有不同的行为
（2）缺点:
①会增加系统类和对象的个数
② 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当容易导致程序结构和代码的混乱

6. 应用场景

（1）一个对象的行为取决于它的状态，并且它在运行时可能经常改变它的状态，从而改变它的行为。

（2）一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，这些分支依赖于该对象的状态，且每一个分支的业务逻辑都非常复杂时，

我们可以使用状态模式来拆分不同的分支逻辑，使程序有更好的可读性和可维护性。

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