设计模式 - 状态模式

概述

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为。状态模式通过将状态相关的行为封装到独立的状态类中，使得对象的行为可以随着状态的改变而改变。状态模式使得状态转换变得更加明确和可控，提高了系统的灵活性和可维护性。

结构

状态模式包含以下几个角色：

1. 上下文（Context）：定义客户感兴趣的接口，维护一个具体状态类的实例，这个实例定义当前的状态。
2. 状态（State）：定义一个接口，用以封装与上下文的一个特定状态相关的行为。
3. 具体状态（ConcreteState）：实现状态接口，具体实现不同状态下的行为。

示例代码

假设我们有一个应用程序需要模拟一个简单的电灯开关状态（开和关）。
代码地址

状态接口

public interface IState
{
    void Handle(LightSwitch context);
}

具体状态

public class OnState : IState
{
    public void Handle(LightSwitch context)
    {
        Console.WriteLine("Light is already ON. Turning it OFF now.");
        context.SetState(new OffState());
    }
}

public class OffState : IState
{
    public void Handle(LightSwitch context)
    {
        Console.WriteLine("Light is OFF. Turning it ON now.");
        context.SetState(new OnState());
    }
}

上下文

public class LightSwitch
{
    private IState _state;

    public LightSwitch()
    {
        _state = new OffState(); // 初始状态为关闭
    }

    public void SetState(IState state)
    {
        _state = state;
    }

    public void PressSwitch()
    {
        _state.Handle(this);
    }
}

客户端代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        LightSwitch lightSwitch = new LightSwitch();

        lightSwitch.PressSwitch(); // 输出: Light is OFF. Turning it ON now.
        lightSwitch.PressSwitch(); // 输出: Light is already ON. Turning it OFF now.
        lightSwitch.PressSwitch(); // 输出: Light is OFF. Turning it ON now.
    }
}

应用场景

状态模式适用于以下场景：

1. 对象的行为依赖于它的状态：当对象的行为依赖于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变其行为时，可以使用状态模式。
2. 状态转换逻辑复杂：当状态转换的逻辑复杂时，可以使用状态模式将状态相关的行为封装到独立的状态类中。

优缺点

优点

• 简化状态转换：状态模式通过将状态相关的行为封装到独立的状态类中，简化了状态转换的逻辑。
• 提高可维护性：状态模式使得状态转换变得更加明确和可控，提高了系统的可维护性。
• 遵循开闭原则：状态模式使得增加新的状态变得容易，符合开闭原则。

缺点

• 增加类的数量：状态模式引入了大量的状态类，可能会增加系统的复杂性。
• 状态切换开销：频繁的状态切换可能会带来一定的性能开销。