State Pattern -- 状态模式原理及实现(C++)
主要参考《大话设计模式》和《设计模式:可复用面向对象软件的基础》两本书。本文介绍命令模式的实现。
问题出发点
在实际开发中,我们经常会遇到这种情况;一个对象有多种状态,在每一个状态下,都会有不同的行为。那么在代码中我们经常是这样实现的。
代码如下:
typedef enum tagState { state0, state1, state2 }State; void Action(State actionState) { if (actionState == state0) { // DoSomething } else if (actionState == state1) { // DoSomething } else if (actionState == state2) { // DoSomething } else { // DoSomething } }
而这种就好比简单工厂模式,当我们增加新的状态类型时,我们又需要修改原来的代码,这种对于测试是很不利的;由于简单工厂的缺点那么的明显,后来的工厂模式就克服了这个缺点,我们就可以借鉴工程模式,来解决这种随着状态增加而出现的多分支结构,而这就是我今天要总结的状态模式。
状态模式
What it is:Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class。
在GOF的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书中对状态模式是这样说的: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。状态模式的重点在于状态转换,很多时候,对于一个对象的状态,我们都是让这个对象包含一个状态的属性,这个状态属性记录着对象的具体状态,根据状态的不同使用分支结构来执行不同的功能,就像上面的代码那样处理;就像上面说的,类中存在大量的结构类似的分支语句,变得难以维护和理解。状态模式消除了分支语句,就像工厂模式消除了简单工厂模式的分支语句一样,将状态处理分散到各个状态子类中去,每个子类集中处理一种状态,这样就使得状态的处理和转换清晰明确。
State类,抽象状态类,定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为。
ConcreteState类,具体状态,每一个子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。
Context类,维护一个ConcreteState子类的实例,这个实例定义当前的状态。
C++代码实现:
#include <iostream> using namespace std; #define SAFE_DELETE(p) if (p) { delete p; p = NULL; } /*声明Context类*/ class Context; /*抽象状态类:定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为*/ class State { public: virtual void Handle(Context *pContext) = 0; }; /*Context类,维护一个ConcreteState子类的实例,这个实例定义当前的状态*/ class Context { public: Context(State *pState) : m_pState(pState){} void Request() { if (m_pState) { m_pState->Handle(this); } } void ChangeState(State *pState) { m_pState = pState; } private: State *m_pState; //这里的State指针是实现特定状态相关的关键 }; class ConcreteStateA : public State { public: virtual void Handle(Context *pContext) { cout<<"I am concretestateA."<<endl; } }; class ConcreteStateB : public State { public: virtual void Handle(Context *pContext) { cout<<"I am concretestateB."<<endl; } }; int main() { State *pStateA = new ConcreteStateA();//初始化两个具体状态类对象 State *pStateB = new ConcreteStateB(); Context *pContext = new Context(pStateA); //将具体状态类对象交由Context类管理 pContext->Request();//Context类根据对象状态,调用该对象的特定函数Request pContext->ChangeState(pStateB); //改变对象状态 pContext->Request(); SAFE_DELETE(pContext); SAFE_DELETE(pStateB); SAFE_DELETE(pStateA); return 0; }
这里例子的实现思路:
一个抽象状态类State:只包含纯虚函数Handle,然后定义两个具体状态类,这两个状态类重写了Handle函数;然后是最关键的Context类,这个类是包含了一个State指针,指针指向不同的对象(自己去改变这个指针使之指向新的对象),会导致Context去调用不同的对象方法,这也是虚函数机制的一大特点;
使用场合
在以下两种情况下均可使用State模式:
1.一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;
2.一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它对象而独立变化。