GoF设计模式——状态模式(C++实现)

文章目录

概念
UML结构图
代码实现
状态模式的使用场景

概念

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()<<QStringLiteral("绿灯通行90秒");QThread::sleep(90);stateType = Yellow;}break;case Red:{qDebug()<<QStringLiteral("红灯禁行60秒");QThread::sleep(60);stateType = Green;}break;case Yellow:{qDebug()<<QStringLiteral("黄灯等3秒");QThread::sleep(3);stateType = Red;}break;default:break;}}}

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<iostream>
#include<QThread>
#include<QDebug>
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()<<QStringLiteral("红灯禁行60秒");QThread::sleep(60);context->changeState(new Green());
}void Green::handle(Context *context){qDebug()<<QStringLiteral("绿灯通行90秒");QThread::sleep(90);context->changeState(new Yellow());
}void Yellow::handle(Context *context){qDebug()<<QStringLiteral("黄灯等3秒");QThread::sleep(3);context->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