設計模式學習筆記-狀態模式

        所謂狀態是指對象屬性的當前值的組合，通常使用狀態一詞來代表對象中獨立的、可改變的屬性。

        狀態模式的意圖是將表示對象狀態的邏輯分散到代表狀態的不同類中，每種狀態都對應一個獨立的類。

        爲什麼用狀態模式：狀態模式（State）允許對象在狀態發生變化時行爲也同時改變。狀態轉換通常的做法是對象內部有一個值來保存當前的狀態，根據狀態的不同使用if-else或者switch來執行不同的功能。這樣會使類中存在大量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，把狀態處理分散到了各個狀態子類，每個子類集中處理一種狀態，使狀態的轉換清晰明確。

        適用場合：當一個對象的行爲取決於它的狀態，並且它必須在運行時刻根據狀態改變它的行爲時，可考慮用到狀態模式。

1. 概述

　　當一個對象的內在狀態改變時允許改變其行爲，這個對象看起來像是改變了其類。

2. 解決的問題

　　主要解決的是當控制一個對象狀態轉換的條件表達式過於複雜時的情況。把狀態的判斷邏輯轉移到表示不同的一系列類當中，可以把複雜的邏輯判斷簡單化。

3. 模式中的角色

　　3.1 上下文環境（Context）：它定義了客戶程序需要的接口並維護一個具體狀態角色的實例，將與狀態相關的操作委託給當前的Concrete State對象來處理。

　　3.2 抽象狀態（State）：定義一個接口以封裝使用上下文環境的的一個特定狀態相關的行爲。

　　3.3 具體狀態（Concrete State）：實現抽象狀態定義的接口。

4. 模式解讀

　　4.1 狀態模式的類圖

　　

　　4.2 狀態模式的代碼實現

/// <summary>
    /// Context類，維護一個ConcreteState子類的實例，這個實例定義當前的狀態。
    /// </summary>
    public class Context
    {
        private State state;
        /// <summary>
        /// 定義Context的初始狀態
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        public Context(State state)
        {
            this.state = state;
        }

        /// <summary>
        /// 可讀寫的狀態屬性，用於讀取和設置新狀態
        /// </summary>
        public State State
        {
            get { return state; }
            set { state = value; }
        }

        /// <summary>
        /// 對請求做處理，並設置下一個狀態
        /// </summary>
        public void Request()
        {
            state.Handle(this);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 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爲
    /// </summary>
    public abstract class State
    {
        public abstract void Handle(Context context);
    }

    /// <summary>
    /// 具體狀態類，每一個子類實現一個與Context的一個狀態相關的行爲
    /// </summary>
    public class ConcreteStateA : State
    {
        /// <summary>
        /// 設置ConcreteStateA的下一個狀態是ConcreteStateB
        /// </summary>
        /// <param name="context"></param>
        public override void Handle(Context context)
        {
            Console.WriteLine("當前狀態是 A.");
            context.State = new ConcreteStateB();
        }
    }

    public class ConcreteStateB : State
    {
        /// <summary>
        /// 設置ConcreteStateB的下一個狀態是ConcreteSateA
        /// </summary>
        /// <param name="context"></param>
        public override void Handle(Context context)
        {
            Console.WriteLine("當前狀態是 B.");
            context.State = new ConcreteStateA();
        }
    }

4.3 客戶端調用

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 設置Context的初始狀態爲ConcreteStateA
            Context context = new Context(new ConcreteStateA());

            // 不斷地進行請求，同時更改狀態
            context.Request();
            context.Request();
            context.Request();
            context.Request();

            Console.Read();
        }
    }

　運行結果

　　

5. 模式總結

　　5.1 優點

　　　　5.1.1 狀態模式將與特定狀態相關的行爲局部化，並且將不同狀態的行爲分割開來。

　　　　5.1.2 所有狀態相關的代碼都存在於某個ConcereteState中，所以通過定義新的子類很容易地增加新的狀態和轉換。

　　　　5.1.3 狀態模式通過把各種狀態轉移邏輯分不到State的子類之間，來減少相互間的依賴。

　　5.2 缺點

　　　　5.2.1 導致較多的ConcreteState子類

　　5.3 適用場景

　　　　5.3.1 當一個對象的行爲取決於它的狀態，並且它必須在運行時刻根據狀態改變它的行爲時，就可以考慮使用狀態模式來。

　　　　5.3.2 一個操作中含有龐大的分支結構，並且這些分支決定於對象的狀態。

6. 應用舉例：電燈有兩個狀態，開（亮）與關（不亮），下面就用狀態模式來實現對電燈的控制。

　　6.1 類圖

　　

　　6.2 實現代碼

/// <summary>
    /// 電燈類，對應模式中的Context類
    /// </summary>
    public class Light
    {
        private LightState state;

        public Light(LightState state)
        {
            this.state = state;
        }

        /// <summary>
        /// 按下電燈開關
        /// </summary>
        public void PressSwich()
        {
            state.PressSwich(this);
        }

        public LightState State
        {
            get { return state; }
            set { state = value; }
        }    
    }

    /// <summary>
    /// 抽象的電燈狀態類，相當於State類
    /// </summary>
    public abstract class LightState
    {
        public abstract void PressSwich(Light light);
    }

    /// <summary>
    /// 具體狀態類, 開
    /// </summary>
    public class On : LightState
    {
        /// <summary>
        /// 在開狀態下，按下開關則切換到關的狀態。
        /// </summary>
        /// <param name="light"></param>
        public override void PressSwich(Light light)
        {
            Console.WriteLine("Turn off the light.");

            light.State = new Off();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 具體狀態類，關
    /// </summary>
    public class Off: LightState
    {
        /// <summary>
        /// 在關狀態下，按下開關則打開電燈。
        /// </summary>
        /// <param name="light"></param>
        public override void PressSwich(Light light)
        {
            Console.WriteLine("Turn on the light.");

            light.State = new On();
        }
    }

6.3 客戶端代碼

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 初始化電燈，原始狀態爲關
            Light light = new Light(new Off());

            // 第一次按下開關，打開電燈
            light.PressSwich();
            // 第二次按下開關，關閉電燈
            light.PressSwich();

            Console.Read();
        }
    }

　　執行結果