大话设计模式 —— 第十六章《状态模式》C++ 代码实现_c++单一状态模式

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定义

优点

缺点

使用场景

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状态模式是一种行为型设计模式。当某个对象在不同状态下有不同行为时使用，在该模式中，我们将对象的不同状态 
定义成不同的类，在这些状态类下有它们各自的行为，然后在客户端调用 Context 类，而不需要显示地去设置各个状态之间的转换

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定义

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• 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。

该模式的本质是对象的状态改变时，会引起其行为的改变，从外部看就像该对象所对应的类的行为发生了改变一样。例如，电灯的开关，在灯的不同状态下（亮或灭），按下开关时，灯的行为是不一样的。或者说汽车，只有在车停下的时候才能打开车门，行驶的时候是不可以开门的。这就是状态的不同就会导致不同的行为。

• 从UML来看，UML的结构似乎和策略模式是一模一样的，但是两种模式的本质却是完全不同的。策略模式中的策略（或者说是行为）是因为根据外界需要而使用不同的策略来完成需求；而状态模式中，是因为其自身状态改变，而影响了自身的一系列行为的改变。虽然这个状态的变更可能是外界引发的。

• 抽象状态角色（State），负责定义各个状态有哪些行为，该抽象状态包含所有具体状态的方法。并且封装环境角色，帮助切换状态。
• 具体状态角色（ConcreteState），实现具体状态下可以执行的行为，    每一个具体状态类必须完成两个职责：该类本状态下要做的事情，以及如何执行到其他具体状态类的状态。
• 环境角色（Context） ，该角色是客户端要调用的接口，在该类内部维护一个ConcreteState子类的一个实例，可以负责具体状态的切换（客户端不知道状态的切换）。

用C++ 代码实现大话设计模式本章代码：

#include<iostream>
using namespace std;
 
class State;
class ForenoonState;
class NoonState;
class AfternonnState;
class EveningState;
class SleepingState;
class RestState;
class Work;
 
// 抽象状态角色，负责定义各个状态有哪些行为，该抽象状态包含所有具体状态的方法。并且封装环境角色，帮助切换状态。
class State 
{
public:
	virtual void writeprogram(Work* w) = 0;
	virtual ~State() = default;
};
// Contex 角色，在该类内部维护一个ConcreteState子类的一个实例，可以负责具体状态的切换
class Work
{
private:
	State* current;
	double m_hour;
	bool m_finish = false;
public:
	Work();
	~Work();
	void setHour(double hour) { m_hour = hour; }
	double getHour() { return m_hour; }
 
	void setFinish(bool finish) { m_finish = finish; }
	bool getFinish() { return m_finish; }
	void SetState(State* s)
	{
		delete current;
		current = s;
	}
	void WorkProgram()
	{
		current->writeprogram(this);
	}
};
 
// 下面都是具体的状态类，每一个具体状态类必须完成两个职责：该类本状态下要做的事情，以及如何执行到其他具体状态类的状态。
class ForenoonState :public State
{
public:
	void writeprogram(Work* w)override;
};
 
class NoonState :public State
{
public:
	void writeprogram(Work* w)override;
};
 
class AfternoonState :public State
{
public:
	void writeprogram(Work* w)override;
};
 
class EveningState :public State
{
public:
	void writeprogram(Work* w)override;
};
 
class SleepingState :public State
{// 睡眠状态
public:
	void writeprogram(Work *w)override;
	
};
 
class RestState :public State
{// 下班休息状态
public:
	void writeprogram(Work *w)override;
	
};
 
Work::Work()
{
	current = new ForenoonState();
}
Work::~Work()
{
	delete current;
}
 
void ForenoonState::writeprogram(Work* w)
{
	if (w->getHour() < 12)
	{
		cout << "当前时间：" << w->getHour() << "点，上午工作，精神百倍" << endl;
	}
	else
	{
		w->SetState(new NoonState());
		w->WorkProgram();
	}
}
 
void NoonState::writeprogram(Work* w)
{
	if (w->getHour() < 13)
	{
		cout << "当前时间：" << w->getHour() << "点，吃午饭，睡午觉" << endl;
	}
	else
	{
		w->SetState(new AfternoonState());
		w->WorkProgram();
	}
}
 
void AfternoonState::writeprogram(Work* w)
{
	if (w->getHour() < 17)
	{
		cout << "当前时间：" << w->getHour() << "点，下午状态还不错" << endl;
	}
	else
	{
		w->SetState(new EveningState());
		w->WorkProgram();
	}
}
 
void EveningState::writeprogram(Work* w)
{
	if (w->getFinish())
	{
		w->SetState(new RestState());
		w->WorkProgram();
	}
	else
	{
		if (w->getHour() < 21)
		{
			cout << "当前时间：" << w->getHour() << "点,加班哦，疲惫至极 " << endl;
		}
		else
		{
			w->SetState(new SleepingState());
			w->WorkProgram();
		}
	}
}
 
void SleepingState::writeprogram(Work *w)
{
	cout << "当前时间：" << w->getHour() << "点,不行了，睡着了 " << endl;
}
 
void RestState::writeprogram(Work *w)
{
	cout << "当前时间：" << w->getHour() << "点,下班回家了 " << endl;
}
 
int main()
{
	Work emergencyProjects;
 
	emergencyProjects.setHour(9);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setHour(10);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setHour(12);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setHour(13);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setHour(14);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setHour(17);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setFinish(false);
 
	emergencyProjects.setHour(19);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	emergencyProjects.setHour(22);
	emergencyProjects.WorkProgram();
 
	system("pause");
	return 0;
}

运行后截图：

可以看到，在客户端代码中，我们只需要调用Context类中方法即可，并不需要手动去改变状态，每执行一次方法就可以自动改变对象的状态，进而可以产生不同的行为，这就是状态模式。 

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优点

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• 通过把各种状态判断逻辑分布到State的子类中,减少相互之间的依赖

在状态模式中，环境（Context）中不必出现大量的条件判断语句。环境（Context）实例所呈现的状态变得更加清晰、容易理解，提高代码的可维护性。

• 如果不是有状态模式，一个对象需要在不同状态执行不同方法或者拥有不同特性的话，你可能需要在大量的 switch...case 或者 if...else 语句来根据不同状态执行不同方法，代码看起来就很复杂了

遵循设计原则

• 每一个状态都是一个子类，符合单一职责原则，且当需要增加一个状态时，也是可以增加一个子类，需要修改一个状态时，也是修改一个子类即可。
• 所有的状态都是一个子类，如果修改状态，只需要修改这个状态的子类即可，符合单一职责原则。且当需要增加一个状态时，也增加一个子类即可；需要修改一个状态时，也是修改一个子类即可。

封装性好

• 状态的变换放置在类的内部实现，外界调用不知道内部的状态改变，只要调用其方法即可。

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缺点

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• 由于所有的状态都是一个类，有的对象可能会有非常多的状态。随着状态的增加，系统类和对象个数也会增加。这个时候就使用状态模式就会导致类特别多，结构和实现会比较复杂，且不利于维护。如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。所以说，在行为受状态约束的时候使用状态模式，而且状态不超过 5 个。
• 状态模式对”开闭原则”的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

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使用场景

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• 当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时，就可以考虑使用状态模式。
• 需要编写大量的条件分支语句来决定一个操作的行为，而且这些条件恰好表示对象的一种状态。