状态模式（State Pattern）

概念

状态模式是一种行为设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为。它将对象的行为封装在不同的状态类中，使得对象在不同的状态下具有不同的行为，而不必使用大量的条件语句来判断当前状态。

思想

状态模式的思想是将对象的行为和状态分离，使得对象的状态变化对客户端透明。它通过定义表示不同状态的状态类，并将其封装在上下文类中，实现状态之间的切换和相应行为的触发。

角色

• Context（上下文）：定义客户端所感兴趣的接口，并维护一个具体状态类的实例，用于处理状态切换和行为的委托。
• State（状态）：定义一个接口或抽象类，用于封装与上下文相关的行为。
• ConcreteState（具体状态）：实现状态接口或抽象类，在不同状态下具体实现相应的行为。

优点

• 将对象的状态和行为分离，使得状态转换更加灵活和可扩展。
• 遵循开闭原则，易于增加新的状态类和行为。
• 简化了大量的条件语句，提高了代码可读性和可维护性。

缺点

• 增加了系统的类和对象的个数，增加了系统的复杂性。
• 状态类的增加可能导致上下文类的复杂化。
• 状态模式需要额外的结构代码，增加了系统的实现难度。

类图

@startuml

class Context {
  +request()
  -state: State
  +setState(state: State)
  +getState(): State
}

class State {
  +handle(context: Context)
}

class ConcreteStateA {
  +handle(context: Context)
}

class ConcreteStateB {
  +handle(context: Context)
}

Context --> State
Context --> ConcreteStateA
Context --> ConcreteStateB

note right of Context::state
  Current State
end note

note top of Context
  Client
end note

@enduml

时序图

@startuml

participant Client
participant Context
participant State

Client -> Context: request()
activate Context
Context -> State: handle()
activate State
State --> Context: handle()
deactivate State
deactivate Context

@enduml

示例代码

以下是一个简单的示例代码，使用C++实现状态模式的概念。假设有一个灯（Light）对象，它有两种状态：开（On）和关（Off）。根据不同的状态，灯的行为（比如开灯和关灯）将有所不同。

#include <iostream>

// 状态接口
class State {
public:
    virtual void handle() = 0;
};

// 具体状态类：开灯
class OnState : public State {
public:
    void handle() override {
        std::cout << "灯已经打开" << std::endl;
    }
};

// 具体状态类：关灯
class OffState : public State {
public:
    void handle() override {
        std::cout << "灯已经关闭" << std::endl;
    }
};

// 上下文类：灯
class Light {
private:
    State* state;

public:
    Light() {
        state = new OffState(); // 初始状态为关灯
    }

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

    void request() {
        state->handle();
    }
};

int main() {
    Light light;

    light.request(); // 输出：灯已经关闭

    light.setState(new OnState());
    light.request(); // 输出：灯已经打开

    return 0;
}

示例代码中定义了State接口和两个具体状态类OnState和OffState，以及上下文类Light。初始状态下，灯的状态是关灯（OffState）。通过调用setState方法可以改变灯的状态。request方法用于触发当前状态的行为。

代码运行结果：

灯已经关闭
灯已经打开

该示例演示了状态模式的基本原理，根据不同的状态，灯的行为发生了改变。