状态模式

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title: 状态模式
date: 2022-12-19 21:40
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  - 设计
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description: 状态模式是一种行为设计模式， 让你能在一个对象的内部状态变化时改变其行为， 使其看上去就像改变了自身所属的类一样。

状态模式是一种行为设计模式， 让你能在一个对象的内部状态变化时改变其行为， 使其看上去就像改变了自身所属的类一样。

简介

意图：
允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

主要解决：
对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

何时使用：
代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。

如何解决：
将各种具体的状态类抽象出来。

关键代码：
通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。而且，状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变实例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if…else 等条件选择语句。

应用实例：
1、打篮球的时候运动员可以有正常状态、不正常状态和超常状态。
2、曾侯乙编钟中，’钟是抽象接口’,’钟 A’等是具体状态，’曾侯乙编钟’是具体环境（Context）。

优点：
1、封装了转换规则。
2、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
3、将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
4、允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。
5、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

缺点：
1、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
2、状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
3、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。

使用场景：
1、行为随状态改变而改变的场景。
2、条件、分支语句的代替者。

注意事项：
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。

模式结构

  1. 上下文 （Context） 保存了对于一个具体状态对象的引用， 并会将所有与该状态相关的工作委派给它。 上下文通过状态接口与状态对象交互， 且会提供一个设置器用于传递新的状态对象。
  2. 状态 （State） 接口会声明特定于状态的方法。 这些方法应能被其他所有具体状态所理解， 因为你不希望某些状态所拥有的方法永远不会被调用。
  3. 具体状态 （Concrete States） 会自行实现特定于状态的方法。 为了避免多个状态中包含相似代码， 你可以提供一个封装有部分通用行为的中间抽象类。
  4. 状态对象可存储对于上下文对象的反向引用。 状态可以通过该引用从上下文处获取所需信息， 并且能触发状态转移。
  5. 上下文和具体状态都可以设置上下文的下个状态， 并可通过替换连接到上下文的状态对象来完成实际的状态转换。

适合应用场景

title:  如果对象需要根据自身当前状态进行不同行为， 同时状态的数量非常多且与状态相关的代码会频繁变更的话， 可使用状态模式。

模式建议你将所有特定于状态的代码抽取到一组独立的类中。 这样一来， 你可以在独立于其他状态的情况下添加新状态或修改已有状态， 从而减少维护成本。

title:  如果某个类需要根据成员变量的当前值改变自身行为， 从而需要使用大量的条件语句时， 可使用该模式。

状态模式会将这些条件语句的分支抽取到相应状态类的方法中。 同时， 你还可以清除主要类中与特定状态相关的临时成员变量和帮手方法代码。

title: 当相似状态和基于条件的状态机转换中存在许多重复代码时， 可使用状态模式。

 状态模式让你能够生成状态类层次结构， 通过将公用代码抽取到抽象基类中来减少重复。

实现方式

  1. 确定哪些类是上下文。 它可能是包含依赖于状态的代码的已有类； 如果特定于状态的代码分散在多个类中， 那么它可能是一个新的类。
  2. 声明状态接口。 虽然你可能会需要完全复制上下文中声明的所有方法， 但最好是仅把关注点放在那些可能包含特定于状态的行为的方法上。
  3. 为每个实际状态创建一个继承于状态接口的类。 然后检查上下文中的方法并将与特定状态相关的所有代码抽取到新建的类中。
    在将代码移动到状态类的过程中， 你可能会发现它依赖于上下文中的一些私有成员。 你可以采用以下几种变通方式：
    • 将这些成员变量或方法设为公有。
    • 将需要抽取的上下文行为更改为上下文中的公有方法， 然后在状态类中调用。 这种方式简陋却便捷， 你可以稍后再对其进行修补。
    • 将状态类嵌套在上下文类中。 这种方式需要你所使用的编程语言支持嵌套类。
  4. 在上下文类中添加一个状态接口类型的引用成员变量， 以及一个用于修改该成员变量值的公有设置器。
  5. 再次检查上下文中的方法， 将空的条件语句替换为相应的状态对象方法。
  6. 为切换上下文状态， 你需要创建某个状态类实例并将其传递给上下文。 你可以在上下文、 各种状态或客户端中完成这项工作。 无论在何处完成这项工作， 该类都将依赖于其所实例化的具体类。

示例

优缺点

title: 优点

- 单一职责原则。 将与特定状态相关的代码放在单独的类中。
- 开闭原则。 无需修改已有状态类和上下文就能引入新状态。
- 通过消除臃肿的状态机条件语句简化上下文代码。

缺点

  • 如果状态机只有很少的几个状态， 或者很少发生改变， 那么应用该模式可能会显得小题大作。

与其他模式的关系

[[桥接模式]]、 [[状态模式]]和[[策略模式]] （在某种程度上包括适配器模式） 模式的接口非常相似。 实际上， 它们都基于组合模式——即将工作委派给其他对象， 不过也各自解决了不同的问题。 模式并不只是以特定方式组织代码的配方， 你还可以使用它们来和其他开发者讨论模式所解决的问题。

状态可被视为策略的扩展。 两者都基于组合机制： 它们都通过将部分工作委派给 “帮手” 对象来改变其在不同情景下的行为。 策略使得这些对象相互之间完全独立， 它们不知道其他对象的存在。 但状态模式没有限制具体状态之间的依赖， 且允许它们自行改变在不同情景下的状态。