设计模式之状态模式

最新推荐文章于 2025-05-01 22:43:58 发布

编程智界

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文章标签：设计模式状态模式

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/karl2000/article/details/138540243

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问题背景

假设我们正在开发一个在线文档编辑器，用户可以在不同的阶段对文档进行编辑、审阅和发布。每个阶段的文档行为和用户可执行的操作不同，因此需要一个有效的方式来管理这些状态和它们的行为。

问题分析

状态模式是解决这类问题的理想选择，它通过允许对象在其内部状态改变时改变其行为来管理状态的变化。这种模式将每个状态的行为封装在对应的状态类中，从而避免了复杂的条件分支，并提供了一种清晰且可维护的方式来处理状态转换。

代码部分

状态接口
首先，定义一个状态接口，描述所有状态共有的行为。

#include <iostream>
#include <string>

class DocumentState {
public:
    virtual ~DocumentState() {}
    virtual void handleInput(const std::string& input) = 0;
    virtual void publish() = 0;
};

具体状态类
为每种文档状态实现具体的状态类。

class EditingState : public DocumentState {
public:
    void handleInput(const std::string& input) override {
        std::cout << "Editing: " << input << std::endl;
    }

    void publish() override {
        std::cout << "Document saved as a draft." << std::endl;
    }
};

class ReviewState : public DocumentState {
public:
    void handleInput(const std::string& input) override {
        std::cout << "Reviewing: " << input << std::endl;
    }

    void publish() override {
        std::cout << "Document ready for publication." << std::endl;
    }
};

class PublishedState : public DocumentState {
public:
    void handleInput(const std::string& input) override {
        std::cout << "No edits allowed, document is published." << std::endl;
    }

    void publish() override {
        std::cout << "Document is already published." << std::endl;
    }
};

上下文类
定义一个上下文类，它维护一个指向当前状态对象的指针，并允许客户端触发状态转换。

class Document {
private:
    DocumentState* state;
public:
    Document(DocumentState* initialState) : state(initialState) {}

    void setState(DocumentState* newState) {
        state = newState;
    }

    void handleInput(const std::string& input) {
        state->handleInput(input);
    }

    void publish() {
        state->publish();
    }
};

客户端使用
展示如何使用状态模式控制文档状态。

int main() {
    EditingState editing;
    ReviewState reviewing;
    PublishedState published;

    Document doc(&editing);
    doc.handleInput("Editing content...");
    doc.publish();

    doc.setState(&reviewing);
    doc.handleInput("Reviewing content...");
    doc.publish();

    doc.setState(&published);
    doc.handleInput("Trying to edit published content...");
    doc.publish();

    return 0;
}

代码分析

状态接口 DocumentState

目的：定义了文档在不同状态下应有的行为。这个接口包括处理输入和发布文档的方法。
实现细节：作为抽象基类，要求所有具体状态类实现这些方法，确保状态的行为是可预测和一致的。

具体状态类

编辑状态 EditingState：
- 功能：允许文档被编辑并且可以保存为草稿。
- 行为：在编辑状态下，接收用户输入并显示编辑内容，发布操作只会保存文档为草稿。
审阅状态 ReviewState：
- 功能：允许对文档进行审阅，不允许编辑，可将文档标记为准备发布。
- 行为：在审阅状态下，输入被用来添加评论或标记更改，发布操作将文档标记为准备发布。
发布状态 PublishedState：
- 功能：文档已发布，不允许进一步编辑。
- 行为：在发布状态下，所有输入都被忽略或警告，不允许更改文档状态。

上下文类 Document

功能：维护文档的当前状态，并通过状态对象委托处理特定的行为。
实现：通过 setState 方法允许在运行时改变文档的状态，确保状态转换的灵活性和动态性。

客户端使用示例

操作：演示了文档从编辑到审阅再到发布的整个流程。
效果：展示了状态模式如何使状态转换透明且易于管理，同时保持业务逻辑的清晰与集中。

通过上述代码，我们演示了状态模式在C++中的实现，特别是如何应用于一个复杂的业务场景，如在线文档编辑器。状态模式允许文档对象在不同状态之间流畅地转换，同时保持状态行为的封装和独立管理。

状态模式的编程要点可以归纳为以下几个关键方面：

定义状态接口：创建一个状态接口（如 DocumentState），在其中定义所有状态必须实现的行为。这通常包括各种操作方法，如在文档编辑器例子中的 handleInput() 和 publish()。
实现具体状态类：为每种可能的状态实现一个具体状态类（如 EditingState, ReviewState, PublishedState）。这些类实现状态接口，并封装了与特定状态相关的行为。每个状态类都独立管理其行为，使得状态的变化与对象行为的变化解耦。
上下文类：定义一个上下文类（如 Document），它包含一个指向状态对象的引用。上下文类负责存储当前状态，并在状态对象之间切换，同时委托状态对象执行具体的行为。
状态转换：上下文类允许外部通过设置新状态来改变其内部状态对象的引用（如通过 setState() 方法）。状态对象可以在内部触发状态转换，通过调用上下文类的方法来改变当前状态。
客户端交互：客户端通过上下文类与系统交互，上下文类根据其内部状态将请求委托给具体的状态对象处理。客户端不直接与状态对象交互，确保状态管理的封装性和灵活性。
简化复杂决策：状态模式通过将行为封装在状态对象中，避免了上下文中复杂的条件分支逻辑。每种状态的行为都局限于相应的状态类中，使得修改和增加新状态变得容易。
状态和行为的同步：状态模式确保系统的状态和行为之间保持同步。每个状态类只关心与该状态相关的行为，从而使状态的变化和系统行为的变化紧密耦合。