设计模式7：“状态变化模式”——State状态模式，Memento备忘录

      在组建构建过程中，某些对象的状态经常面临变化，如何对这些变化进行有效的管理？同时又维持高层模块的稳定？“状态变化”模式为这一个问题提供了一种解决方案。

典型模式

• State
• Memento

---

State状态模式

动机（Motivation）

• 在软件构建过程中，某些对象的状态如果改变，其行为也会随之而发生变化，比如文档处于只读状态，其支持的行为和读写状态支持的行为就可能会完全不同。
• 如何在运行时根据对象的状态来透明地更改对象的行为？而不会为对象操作和状态转化之间引入紧耦合？

示例代码1：

enum NetworkState
{
    Network_Open,
    Network_Close,
    Network_Connect,
};

class NetworkProcessor{
    
    NetworkState state;

public:
    
    void Operation1(){
        if (state == Network_Open){

            //**********
            state = Network_Close;
        }
        else if (state == Network_Close){

            //..........
            state = Network_Connect;
        }
        else if (state == Network_Connect){

            //$$$$$$$$$$
            state = Network_Open;
        }
    }

    public void Operation2(){

        if (state == Network_Open){
            
            //**********
            state = Network_Connect;
        }
        else if (state == Network_Close){

            //.....
            state = Network_Open;
        }
        else if (state == Network_Connect){

            //$$$$$$$$$$
            state = Network_Close;
        }
    
    }

    public void Operation3(){

    }
};

改进代码2：

class NetworkState{

public:
    NetworkState* pNext;
    virtual void Operation1()=0;
    virtual void Operation2()=0;
    virtual void Operation3()=0;

    virtual ~NetworkState(){}
};


class OpenState :public NetworkState{
    
    static NetworkState* m_instance;
public:
    static NetworkState* getInstance(){
        if (m_instance == nullptr) {
            m_instance = new OpenState();
        }
        return m_instance;
    }

    void Operation1(){
        
        //**********
        pNext = CloseState::getInstance();
    }
    
    void Operation2(){
        
        //..........
        pNext = ConnectState::getInstance();
    }
    
    void Operation3(){
        
        //$$$$$$$$$$
        pNext = OpenState::getInstance();
    }
    
    
};

class CloseState:public NetworkState{ }
//...


class NetworkProcessor{
    
    NetworkState* pState;
    
public:
    
    NetworkProcessor(NetworkState* pState){
        
        this->pState = pState;
    }
    
    void Operation1(){
        //...
        pState->Operation1();
        pState = pState->pNext;
        //...
    }
    
    void Operation2(){
        //...
        pState->Operation2();
        pState = pState->pNext;
        //...
    }
    
    void Operation3(){
        //...
        pState->Operation3();
        pState = pState->pNext;
        //...
    }

};

模式定义

    允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。从而使对象看起来似乎修改了其行为。                                 

                                                                                                    ——《设计模式》GoF

结构：

 要点总结

• State模式将所有与一个特定状态相关的行为都放入一个State的子类对象中，在对象状态切换时， 切换相应的对象；但同时维持State的接口，这样实现了具体操作与状态转换之间的解耦。
• 为不同的状态引入不同的对象使得状态转换变得更加明确，而且可以保证不会出现状态不一致的情况，因为转换是原子性的——即要么彻底转换过来，要么不转换。
• 如果State对象没有实例变量，那么各个上下文可以共享同一个State对象，从而节省对象开销。

---

Memento备忘录

动机（Motivation）

• 在软件构建过程中，某些对象的状态在转换过程中，可能由于某种需求，要求程序能够回溯到对象之前处于某个点时的状态。如果使用一些公有接口来让其它对象得到对象的状态，便会暴露对象的实现细节。
• 如何实现对象状态的良好保存与恢复？但同时又不会因此而破坏对象本身的封装性。

示例代码

class Memento
{
    string state;
    //..
public:
    Memento(const string & s) : state(s) {}
    string getState() const { return state; }
    void setState(const string & s) { state = s; }
};

class Originator
{
    string state;
    //....
public:
    Originator() {}
    Memento createMomento() {
        Memento m(state);
        return m;
    }
    void setMomento(const Memento & m) {
        state = m.getState();
    }
};


int main()
{
    Originator orginator;
    
    //捕获对象状态，存储到备忘录
    Memento mem = orginator.createMomento();
    
    //... 改变orginator状态
    
    //从备忘录中恢复
    orginator.setMomento(memento);   
    
}

模式定义

    在不破坏封装性的前提下，不活一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可以将该对象恢复到原想保存的状态。

                                                                                                             ——《设计模式》GoF

结构

要点总结

• 备忘录（Memento）存储原发器（Originator）对象的内部状态，在需要时恢复原发器的状态。
• Memento模式的核心是信息隐藏，即Originator需要向外接隐藏信息，保持其封装性。但同时又需要将其状态保持到外界（Memento）
• 由于现代语言运行时（如C#、java等）都具有相当的对象序列化支持，因此往往采用效率较高、又较容易正确实现的序列化方案来实现Memento模式。

 

---

小结

State

意图	允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。
适用性	一个对象的行为取决于它的状态, 并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。 一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常, 有多个操作包含这一相同的条件结构。State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化。

Memento

意图	在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。
适用性	必须保存一个对象在某一个时刻的(部分)状态, 这样以后需要时它才能恢复到先前的状态。 如果一个用接口来让其它对象直接得到这些状态，将会暴露对象的实现细节并破坏对象的封装性。

本文内容源自 ：

1. C++设计模式 Design Patterns 李建忠 课程；
2. 设计模式：可复用面向对象软件的基础；