C#设计模式之10：状态模式

状态模式

状态模式将合适的Context（上下文）模拟成一个状态机，在这个状态机的内部，由Context来决定整个状态机的状态，再根据不同的状态执行不同的方法。在C#编译器的帮助下，很多语法糖的背后都是一个状态机的实现，比如在一个返回IEnumerale或者IEnumeartor的方法中使用yield return，就会在后面建立一个状态机，再比如await一个可等待（或者说实现了GetAwaiter方法的类型，比如Task）的类型的时候，编译器也会在后台建立一个状态机类来根据state字段的不同的值来执行不同的逻辑。

状态模式的UML于策略模式相似（strategy patern）：

不同之处在于他们的意图不同：策略模式需要客户（调用者）主动的去指定Context需要组合的策略对象是哪一个。而状态模式的策略对象（就是上图中的state）一般是固定在业务执行流程中的。

一般来说，我们把策略模式想象成除了继承之外的一种弹性替代方案，如果使用继承定义了一个类的行为，这种行为是静态编译时就确定的，你将被这个行为困住，甚至修改它都会很困难，有了策略模式，你可以通过组合不同的对象来改变行为，

我们把状态模式想成是不用在Context中放置很多if else条件判断的替代方案。通过将行为封装到不同的状态对象中，你可以通过在Context内简单的改变状态对象来改变Context的行为。

状态模式的定义：允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像改变了它的类。

在C#的委托的帮助下，我们实现状态模式实际上可以用事件机制来进行实现。比如说某个类中有很多类似OnShitHappend方法这种的实现。这是我对这个模式的理解，但是还没有进行相应的实践。

先来看一下使用这个模式的一个背景，书上的讲的是糖果公司为了扩展业务，需要对糖果机进行扩展，并加入一些营销的手段，这个糖果机的使用流程是①投入硬币②转动摇杆③糖果从槽子里面出来：

从上图看以看出这个糖果机有几个状态：

 

如果不适用状态模式来实现这个糖果机的代码，那里面肯定是一堆if else的语句，这不是最糟糕的，最糟糕的是如果要加入额外的状态那就不得不重新考虑所有的逻辑，补充新的if else。。。是吧？

那直接来看使用状态模式实现的吧：

 public interface IState
    {
        void InsertQuarter();
        void EjectQuarter();
        void TurnCrank();
        void Dispense();
    }

首先定义一个IState的接口，这个接口定义了糖果机内部的所有动作。因为糖果机在这里被模拟成一个状态机，这个状态机的状态的改变都是根据不同动作的执行来连带的。

 public class GumballMachine
    {
        public IState NOquarterState { get; set; }
        public IState SoldOutState { get; set; }
        public IState HasQuarterState { get; set; }
        public  IState SoldState { get; set; }
        public IState WinnerState { get; set; }
        public IState State { get; set; }
        public int Count { get; set; }

        public GumballMachine(int numberGumballs)
        {
            SoldOutState = new SoldOutState(this);
            NOquarterState = new NoQuarterState(this);
            HasQuarterState = new HasQuarterState(this);
            SoldState = new SoldState(this);
            WinnerState=new WinnerState(this);
            State = NOquarterState;
            Count = numberGumballs;
        }

        public void InsertQuarter()
        {
            State.InsertQuarter();
        }

        public void EjectQuarter()
        {
            State.EjectQuarter();
        }
        public void TrunCrank()
        {
            State.TurnCrank();
            State.Dispense();
        }
        public void ReleaseBall()
        {
            Console.WriteLine("a gumball come rolling out the slot");
            if (Count!=0)
            {
                Count--;
            }
        }
    }

然后定义这个糖果机。在糖果机内部有很多不同的状态，状态会根据执行不同的方法而改变。

然后定义这些状态：首先定义没有投入硬币的状态对象。糖果机的初始状态就是这个状态。

public class NoQuarterState : IState
    {
        private readonly GumballMachine _gumballMachine;

        public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine)
        {
            _gumballMachine = gumballMachine;
        }
        public void InsertQuarter()
        {
            Console.WriteLine("now you insert a quarter!");
            _gumballMachine.State = _gumballMachine.HasQuarterState;
        }

        public void EjectQuarter()
        {
            Console.WriteLine("you have not inserted a quarter!");
        }

        public void TurnCrank()
        {
            Console.WriteLine("you turned ,but there is not a quarter!");
        }

        public void Dispense()
        {
            Console.WriteLine("you need to pay first!");
        }
    }

投入硬币后就会进入有硬币的状态：

public class HasQuarterState : IState
    {       
        private readonly GumballMachine _gumballMachine;
        public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine)
        {
            _gumballMachine = gumballMachine;
        }
        public void InsertQuarter()
        {
            Console.WriteLine("you can not insert another quarter!");
        }

        public void EjectQuarter()
        {
            Console.WriteLine("quarter's returned");
            _gumballMachine.State = _gumballMachine.NOquarterState;
        }

        public void TurnCrank()
        {
            Console.WriteLine("you turned...");
            int winner=new Random().Next(0,10);
            if (winner==0&&_gumballMachine.Count>2)
            {
                _gumballMachine.State = _gumballMachine.WinnerState;
            }
            else
            {
                _gumballMachine.State = _gumballMachine.SoldState;
            }            
        }

        public void Dispense()
        {
            Console.WriteLine("no gumball dispensed!");
        }
    }

硬币投进去后紧接着就会转动摇杆，然后就会进入售卖状态：

public class SoldState : IState
    {
        private readonly GumballMachine _gumballMachine;

        public SoldState(GumballMachine gumballMachine)
        {
            _gumballMachine = gumballMachine;
        }
        public void InsertQuarter()
        {
            Console.WriteLine("please wait,we're already turned the crank!");
        }

        public void EjectQuarter()
        {
            Console.WriteLine("sorry,we are already turned the crank!");
        }

        public void TurnCrank()
        {
            Console.WriteLine("turning twice dose not give you another gumball!");
        }

        public void Dispense()
        {
            _gumballMachine.ReleaseBall();
            if ((_gumballMachine.Count>0))
            {
                _gumballMachine.State = _gumballMachine.NOquarterState;
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("opps,out of gumballs!");
                _gumballMachine.State = _gumballMachine.SoldOutState;
            }
        }
    }

在售卖状态，要做的就是糖果从槽子里面出来，当糖果出来后，我们要进行一些判断：如果还有糖果，接下来我们就进入初始状态，就是NoQuarterState状态，如果没有糖果，就会进入售完状态：

 public class SoldOutState : IState
    {
        private readonly GumballMachine _gumballMachine;

        public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine)
        {
            _gumballMachine = gumballMachine;
        }
        public void InsertQuarter()
        {
            Console.WriteLine("sorry,the gumballMachine's sold out!");
            _gumballMachine.State = _gumballMachine.HasQuarterState;
        }

        public void EjectQuarter()
        {
            Console.WriteLine("now return your quarter!");
            _gumballMachine.State = _gumballMachine.NOquarterState;
        }

        public void TurnCrank()
        {
            Console.WriteLine("sorry,the gumballmachine's sold out!");
        }

        public void Dispense()
        {
            Console.WriteLine("sorry,,the gumbalmachine's sold out!");
        }
    }

当我们需要开展一些营销活动时，可以扩展IState接口，来创建一个营销类：

public class WinnerState:IState
    {
        private readonly GumballMachine _gumballMachine;
        public WinnerState(GumballMachine gumallMachine)
        {
            _gumballMachine = gumallMachine;
        }
        public void InsertQuarter()
        {
            Console.WriteLine("invalid operation..");
        }

        public void EjectQuarter()
        {
            Console.WriteLine("invalid operation..");
        }

        public void TurnCrank()
        {
            Console.WriteLine("invliad operation..");
        }

        public void Dispense()
        {
            Console.WriteLine("congratulations!you are the winner!you'll get two gumballs with one quarter!");
            _gumballMachine.ReleaseBall();
            if (_gumballMachine.Count==0)
            {
                _gumballMachine.State = _gumballMachine.SoldOutState;
            }
            else
            {
                _gumballMachine.ReleaseBall();
                if (_gumballMachine.Count >0)
                {
                    _gumballMachine.State = _gumballMachine.NOquarterState;
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine("out of gumballs!");
                    _gumballMachine.State = _gumballMachine.SoldOutState;
                }
            }
        }
    }

这个winnerstate类可以在转动摇杆的逻辑中放入。具体参见上面的HasQuarterState类。