设计模式之状态模式(State)摘录

23种GOF设计模式一般分为三大类：创建型模式、结构型模式、行为模式。

创建型模式抽象了实例化过程，它们帮助一个系统独立于如何创建、组合和表示它的那些对象。一个类创建型模式使用继承改变被实例化的类，而一个对象创建型模式将实例化委托给另一个对象。创建型模式有两个不断出现的主旋律。第一，它们都将关于该系统使用哪些具体的类的信息封装起来。第二，它们隐藏了这些类的实例是如何被创建和放在一起的。整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。因此，创建型模式在什么被创建，谁创建它，它是怎样被创建的，以及何时创建这些方面给予了很大的灵活性。它们允许用结构和功能差别很大的“产品”对象配置一个系统。配置可以是静态的(即在编译时指定)，也可以是动态的(在运行时)。

结构型模式涉及到如何组合类和对象以获得更大的结构。结构型类模式采用继承机制来组合接口或实现。结构型对象模式不是对接口和实现进行组合，而是描述了如何对一些对象进行组合，从而实现新功能的一些方法。因为可以在运行时刻改变对象组合关系，所以对象组合方式具有更大的灵活性，而这种机制用静态类组合是不可能实现的。

行为模式涉及到算法和对象间职责的分配。行为模式不仅描述对象或类的模式，还描述它们之间的通信模式。这些模式刻画了在运行时难以跟踪的复杂的控制流。它们将用户的注意力从控制流转移到对象间的联系方式上来。行为类模式使用继承机制在类间分派行为。行为对象模式使用对象复合而不是继承。一些行为对象模式描述了一组对等的对象怎样相互协作以完成其中任一个对象都无法单独完成的任务。

创建型模式包括：1、FactoryMethod(工厂方法模式)；2、Abstract Factory(抽象工厂模式)；3、Singleton(单例模式)；4、Builder(建造者模式、生成器模式)；5、Prototype(原型模式).

结构型模式包括：6、Bridge(桥接模式)；7、Adapter(适配器模式)；8、Decorator(装饰模式)；9、Composite(组合模式)；10、Flyweight(享元模式)；11、Facade(外观模式)；12、Proxy(代理模式).

行为模式包括：13、TemplateMethod(模板方法模式)；14、Strategy(策略模式)；15、State(状态模式)；16、Observer(观察者模式)；17、Memento(备忘录模式)；18、Mediator(中介者模式)；19、Command(命令模式)；20、Visitor(访问者模式)；21、Chain of Responsibility(责任链模式)；22、Iterator(迭代器模式)；23、Interpreter(解释器模式).

Factory Method：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

Abstract Factory：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们具体的类。

Singleton：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

Builder：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

Prototype：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。

Bridge：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

Adapter：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

Decorator：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言， Decorator模式比生成子类方式更为灵活。

Composite：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。

Flyweight：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

Facade：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面， Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

Proxy：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。

Template Method：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

Strategy：定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。

State：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所属的类。

Observer：定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。

Memento：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。

Mediator：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

Command：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可取消的操作。

Visitor：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

Chain of Responsibility：为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。

Iterator：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。

Interpreter：给定一个语言, 定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

State：(1)、意图：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

(2)、适用性：A、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。B、一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，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支放入一个独立的类中。这使得你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。

(3)、相关模式：A、Flyweight模式解释了何时以及怎样共享状态对象。B、状态对象通常是Singleton。

(4)、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，可考虑用到状态模式。

(5)、在State模式中，将状态逻辑和动作实现进行分离。当一个操作中要维护大量的case分支语句，并且这些分支依赖于对象的状态。State模式将每一个分支都封装到独立的类中。State模式和Strategy模式有很大程度上的相似：它们都有一个Context类，都是通过委托(组合)给一个具有多个派生类的多态基类实现Context的算法逻辑。两者最大的差别就是State模式重派生类持有指向Context对象的引用，并通过这个引用调用Context中的方法，但是Strategy模式中就没有这种情况。因此可以说一个State实例同样是Strategy模式的一个实例，反之却不成立。实际上State模式和Strategy模式的区别还在于它们所关注的点不尽相同：State模式主要是要适应对象对于状态改变时的不同处理策略的实现，而Strategy则主要是具体算法和实现接口的解耦(coupling)，Strategy模式中并没有状态的概念(虽然很多时候可以被看作是状态的概念)，并且更加不关心状态的改变了。State模式很好地实现了对象的状态逻辑和动作实现的分离，状态逻辑分布在State的派生类中实现，而动作实现则可以放在Context类中实现(这也是为什么State派生类需要拥有一个指向Context的指针)。这使得两者的变化相互独立，改变State的状态逻辑可以很容易复用Context的动作，也可以在不影响State派生类的前提下创建Context的子类来更改或替换动作实现。State模式问题主要是逻辑分散化，状态逻辑分布到了很大的State的子类中，很难看到整个的状态逻辑图，这也带来了代码的维护问题。

示例代码1：

#include <iostream>
using namespace std;class Work;
class ForenoonState;
class NoonState;class State
{
public:virtual void WriteProgram(Work* w) = 0;
};class Work
{
private:State* current;
public:double hour;
public:Work();void SetState(State* temp){current = temp;}void Writeprogram(){current->WriteProgram(this);}
};class NoonState : public State
{
public:virtual void WriteProgram(Work* w){cout<<"execute"<<endl;if ((w->hour) < 13)cout<<"还不错啦"<<endl;elsecout<<"不行了，还是睡觉吧"<<endl;}
};class ForenoonState : public State
{
public:virtual void WriteProgram(Work* w){if ((w->hour) < 12)cout<<"现在的精神无敌好"<<endl;else {w->SetState(new NoonState());w->Writeprogram();//注意加上这句}}
};Work::Work()
{current = new ForenoonState();
}//客户端
int main()
{Work* mywork = new Work();mywork->hour = 9;mywork->Writeprogram();mywork->hour = 14;mywork->Writeprogram();/*result现在的精神无敌好execute不行了，还是睡觉吧*/return 0;
}

示例代码2：

State.h:

#ifndef _STATE_H_
#define _STATE_H_class Context;//前置声明class State
{
public:State();virtual ~State();virtual void OperationInterface(Context*) = 0;virtual void OperationChangeState(Context*) = 0;
protected:bool ChangeState(Context* con, State* st);
};class ConcreteStateA : public State
{
public:ConcreteStateA();virtual ~ConcreteStateA();virtual void OperationInterface(Context*);virtual void OperationChangeState(Context*);
protected:
private:
};class ConcreteStateB : public State
{
public:ConcreteStateB();virtual ~ConcreteStateB();virtual void OperationInterface(Context*);virtual void OperationChangeState(Context*);
protected:
private:
};#endif//~_STATE_H_

State.cpp:

#include "State.h"
#include "Context.h"
#include <iostream>using namespace std;State::State()
{}State::~State()
{}void State::OperationInterface(Context* con)
{cout<<"State:: ..."<<endl;
}bool State::ChangeState(Context* con, State* st)
{con->ChangeState(st);return true;
}void State::OperationChangeState(Context* con)
{}ConcreteStateA::ConcreteStateA()
{}ConcreteStateA::~ConcreteStateA()
{}void ConcreteStateA::OperationInterface(Context* con)
{cout<<"ConcreteStateA::OperationInterface ..."<<endl;
}void ConcreteStateA::OperationChangeState(Context* con)
{OperationInterface(con);this->ChangeState(con, new ConcreteStateB());
}ConcreteStateB::ConcreteStateB()
{}ConcreteStateB::~ConcreteStateB()
{}void ConcreteStateB::OperationInterface(Context* con)
{cout<<"ConcreteStateB::OperationInterface ..."<<endl;
}void ConcreteStateB::OperationChangeState(Context* con)
{OperationInterface(con);this->ChangeState(con, new ConcreteStateA());
}

Context.h:

#ifndef _CONTEXT_H_
#define _CONTEXT_H_class State;class Context
{
public:Context();Context(State* state);~Context();void OperationInterface();void OperationChangeState();
protected:
private:friend class State;//表明在State类中可以访问Context类的private字段bool ChangeState(State* state);
private:State* _state;
};#endif//~_CONTEXT_H_

Context.cpp:

#include "Context.h"
#include "State.h"Context::Context()
{}Context::Context(State* state)
{this->_state = state;
}Context::~Context()
{delete _state;
}void Context::OperationInterface()
{_state->OperationInterface(this);
}bool Context::ChangeState(State* state)
{//_state->ChangeState(this, state);this->_state = state;return true;
}void Context::OperationChangeState()
{_state->OperationChangeState(this);
}

main.cpp:

#include "Context.h"
#include "State.h"
#include <iostream>using namespace std;int main()
{State* st = new ConcreteStateA();Context* con = new Context(st);con->OperationChangeState();con->OperationChangeState();con->OperationChangeState();if (con != NULL)delete con;if (st != NULL)st = NULL;/*resultConcreteStateA::OperationInterface ...ConcreteStateB::OperationInterface ...ConcreteStateA::OperationInterface ...*/return 0;
}

状态模式结构图：

参考文献：

1、《大话设计模式C++》

2、《设计模式精解----GoF23种设计模式解析》

3、《设计模式----可复用面向对象软件的基础》