【设计模式基础】行为模式 - 8 -状态(State)-优快云博客

本文深入探讨了状态模式的基本概念、定义及其在软件设计中的应用。通过具体示例，展示了如何利用状态模式来简化对象的行为变化，提高系统的灵活性和可维护性。重点分析了模式的优点、实现细节以及在不同场景下的应用策略。

1. 模式意图

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎是修改了它的类。

在很多情况下，一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性，这样的属性叫做状态，这样的对象叫做有状态的对象。这样的对象的状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会改变，从而使得系统的行为也随之发生变化。

适用性：

一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为。
一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，并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之放入一个独立的类中。这使得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他对象而独立变化。

2. 模式定义

Context： 定义客户感兴趣的接口；维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前状态。

State： 定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为。

ConcreteState：每一个子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。

协作：

Context将与状态相关的请求委托为当前的ConcreteState对象处理
Context可将自身作为一个参数传递给处理该请求的状态对象。这使得状态对象在必要时可访问Context
Context是客户使用的主要接口。客户可用状态对象来配置一个Context，一旦一个Context配置完毕，它的客户不再需要直接与状态对象打交道
Context或ConcreteState子类都可以决定哪个状态是另外哪一个的后继者，以及是在何种条件下进行状态转换

优点：

它将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分隔开来
它使得状态转换显式化
State对象可被共享

缺点：

状态模式的使用或增加系统类和对象的个数
状态模式的结构和实现都比较复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱

实现细节：

谁定义状态转换： state模式不指定哪一个参与者定义状态转换准则。如果该准则是固定的，那么它们可以在Context中完全实现；然而若让State子类自身指定它们的后继状态以及何时进行转换，通常更灵活更合适。这需要Context增加一个接口，让State对象显式的设定Context的当前状态。用这种方法分散转换逻辑可以很容易地定义新的State子类来修改和扩展该逻辑。这样做的缺点是，一个State子类至少拥有一个其他子类的信息，这就在各子类之间产生了实现依赖。
创建和销毁State对象： 究竟是(1)仅当需要State对象时才创建它们并随后销毁它们，还是(2)提前创建它们并且始终不销毁它们。当将要进入的状态在运行时是不可知的，并且上下文不经常改变状态时，第一种选择较为可取。当状态改变很频繁时，第二张方法比较好，但是这种方法可能不太方便，因为Context必须保存对所有可能会进入的那些状态的引用。

3. 模式实现

3.1 C++实现State模式

class TCPOcterStream;
class TCPState;'

// Context
class TCPConnection
{
public:
    TCPConnection();

    void ActiveOpen();
    void PassiveOpen();
    void Close();
    void Send();
    void Acknowledge();
    void Synchronize();

    void ProcessOctet(TCPOctetStream*);

private:
    friend class TCPState;
    void ChangeState(TCPState*);
private:
    TCPState* _state;
};

TCPConnection::TCPConnection()
{
    _state = TCPClosed::Instance();
}
void TCPConnection::ChangeState(TCPState* s)
{
    _state = s;
}
void TCPConnection::ActiveOpen()
{
    _state->ActiveOpen(this);
}
void TCPConnection::PassiveOpen()
{
    _state->PassiveOpen(this);
}
void TCPConnection::Close()
{
    _state->Close(this);
}
void TCPConnection::Acknowledge()
{
    _state->Acknowledge(this);
}
void TCPConnection::Synchronize()
{
    _state->Synchronize(this);
}

// State
class TCPState
{
public:
    virtual void Transmit(TCPConnection*, TCPOctetStream*);
    virtual void ActiveOpen(TCPConnection*);
    virtual void PassiveOpen(TCPConnection*);
    virtual void Close(TCPConnection*);
    virtual void Synchronize(TCPConnection*);
    virtual void Acknowledge(TCPConnection*);
    virtual void Send(TCPConnection*);
protected:
    void ChangeState(TCPConnection*, TCPState*);
};

void TCPState::ChangeState(TCPConnection* t, TCPState* s)
{
    t->ChangeState(s);
}

// Sub State - Established
class TCPEstablishd : public TCPState
{
public:
    static TCPState* Instance();

    virtual void Transmit(TCPConnection*, TCPOctetStream*);
    virtual void Close(TCPConnection*);
};
void TCPEstablished::Transmit(TCPConnection* t, TCPOctetStream* o)
{
    t->ProcessOctet(o);
}
void TCPEstablished::Close(TCPConnection* t)
{
    // send FIN, receive ACK of FIN
    // ... ...
    ChangeState(t, TCPListen::Instance());
}

// Sub State - Closed
class TCPClosed : public TCPState
{
public:
    static TCPState* Instance();

    virtual void ActiveOpen(TCPConnection*);
    virtual void PassiveOpen(TCPConnection*);
};
void TCPClosed::ActiveOpen(TCPConnection* t)
{
    // send SYN, receive SYN, ACK, etc.
    // ... ...
    ChangeState(t, TCPEstablished::Instance());
}
void TCPClosed::PassiveOpen(TCPConnection* t)
{
    // ... ...
    ChangeState(t, TCPListen::Instance);
}