程序设计模式 —— State 状态模式

Posted 2020-08-12 Suwings

我应该如何阅读？

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本文将使用优雅的文字风格来告诉你什么是状态模式。

注意：

　　1.在阅读本文之前请保证你已经掌控了 面对对象的思想与 多态的基本概念，否则将难以理解。

　　2.本文实现将用C++实现，你不一定必须学会C++，这些代码都有非常丰富的注释和简单的语法。

　　3.请不要跳着看，除非你已经学会。

那么现在开始吧

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或许你会以为是类的各种状态，其实差不多。但是还有各种行为

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。实例化的对象看起来似乎修改了它的类

首先，状态，顾名思义你应该就差不多明白。它可以表示一个类中的状态，但是不仅仅只是状态。

它也包括了 行为，有点儿类似于策略模式，但是又不是策略模式。

　　我一直坚信。这个设计模式，只需要仅仅一张图片即可完成说明：这张三个片段代表飞机的三个不同状态

 

你懂了吗？根据日常生活的常识，你应该明白飞机这几种状态，但是我相信你应该还不太明白如何实现具体代码。

　　你也应该明白 “没有动力” 的时候是不能飞行的。

　　你也应该明白 “正在飞行” 的时候是不能再飞行的。

正是因为如此，我们就可以直接在不同的状态子类，实现不同的方法，比如 “没有动力” 的时候，如果使用 “起飞” 成员函数，将会提示没有动力，起飞失败。

而 “没有飞行” 的时候却是可以 使用 “起飞” 成员函数。

那么我应该具体怎么做？

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实现的代码很简单。并且有丰富的注释，希望你能理解。

大致框架图：

飞机类是可以使用 任何一个 状态类，表示不同的状态。

注意：如果你不会 C++，也没有关系，”Virtual” 关键字你可以无视，至于成员函数后面有一个 "=0"，你可以理解为抽象方法，子类必须实现它，用Java的思想去看待代码

状态类的基类

下面我们来具体实现：基类永远都是这么简单，对吧？

 1 /* 状态类的基类 抽象类*/
 2 class State
 3 {
 4 public:
 5     State()
 6     {
 7 
 8     };
 9     virtual ~State()
10     {
11 
12     };
13     virtual void fly()=0;    //起飞   =0是纯虚函数，可以理解为子类必须实现的 抽象方法
14     virtual void stopfly()=0;    //停止飞行，降落
15     virtual void up()=0;        //拉升飞行高度
16     virtual void down()=0;        //拉低飞行高度
17 
18 };

 

 

实现状态类的各个子类

然后我们应该来实现 各种状态了

代码有点多，但是都是很容易的。而且有丰富的注释。。

  1 //状态类: 正在飞行 状态类
  2 class StateFlying : public State
  3 {
  4 public:
  5     StateFlying()
  6     {
  7         
  8     };
  9     virtual ~StateFlying()
 10     {
 11         
 12     };
 13     virtual void fly()
 14     {
 15         //因为飞机正在飞行，所以不能再度起飞
 16         cout << "ERROR: Can\'t do this!! You are not \'stopfly\'! " <<endl;
 17     };    //起飞
 18     virtual void stopfly()    
 19     {
 20         //正在飞行的时候当然可以降落
 21         cout << "INFO: OK! stopfly" << endl;
 22     };    //停止飞行，降落
 23     virtual void up()    
 24     {
 25         //目前的状况当然可以这样做
 26         cout << "INFO: OK! up" << endl;
 27     };    //拉升飞行高度
 28     virtual void down()    
 29     {
 30         //目前的状况当然可以这样做
 31         cout << "INFO: OK! down" << endl;
 32     };    //拉低飞行高度
 33 };
 34 
 35 //状态类: 停机状态
 36 class StateNotFly : public State
 37 {
 38 public:
 39     StateNotFly()
 40     {
 41         
 42     };
 43     virtual ~StateNotFly()
 44     {
 45         
 46     };
 47     virtual void fly()
 48     {
 49         //因为是 停机状态，所以是可以起飞的
 50         cout << "INFO: OK! " << endl;
 51     };    //起飞
 52     virtual void stopfly()    
 53     {
 54         //你难道可以 停机之后 再停机么？
 55         cout << "ERROR: Can\'t do this!! You are not \'Flying\'! " <<endl;
 56     };    //停止飞行，降落
 57     virtual void up()    
 58     {
 59         //停机的时候这些空中动作就算了吧
 60         cout << "ERROR: Can\'t do up!! You are not \'Flying\'! " <<endl;
 61     };    //拉升飞行高度
 62     virtual void down()    
 63     {
 64         //停机的时候这些空中动作就算了吧
 65         cout << "ERROR: Can\'t do down!! You are not \'Flying\'! " <<endl;
 66     };    //拉低飞行高度
 67 };
 68 
 69 //状态类: 没有动力状态
 70 class StateNotPower : public State
 71 {
 72 public:
 73     StateNotPower()
 74     {
 75 
 76     };
 77     virtual ~StateNotPower()
 78     {
 79 
 80     };
 81     virtual void fly()
 82     {
 83         //没有动力了，无法起飞！
 84         cout << "ERROR: Can\'t do fly!! You are not Power!  " <<endl;
 85     };    //起飞
 86     virtual void stopfly()    
 87     {
 88         //没有动力了，赶紧降落
 89         cout << "INFO: OK! stopfly" << endl;
 90     };    //停止飞行，降落
 91     virtual void up()    
 92     {
 93         //没有动力，你是没法爬升的，等死吧！
 94         cout << "ERROR: Can\'t do up!! You are not Power!  " <<endl;
 95     };    //拉升飞行高度
 96     virtual void down()    
 97     {
 98         //没有了动力了，但是可以 滑翔下降
 99         cout << "INFO: OK! down" << endl;
100     };    //拉低飞行高度
101 };
102 
103 /*
104 如果你学过其他设计模式，或者了解代码复用，你可能会说上面的代码可以复用（我是指各个成员函数中的输出），完全不必要这样写。
105 这里仅仅只是为了举例，尽量少的牵扯到其他。
106  */

 

这样，我们的三个状态就好了。从代码中你也可以看见一件事情，每个状态都有自己的各自的具体处理。

但是你现在可能会问，为什么要浪费时间写这么多看起来都是差不多的功能呢？

其实这样的话，你在飞机类里面就会出现一种现象，就是需要一个个判断当前的状态然后做相应的事情。类似于这样：

 1 //假设你要执行停飞，但是不使用状态模式，将会有这种代码的出现
 2 if(/*当前不是飞行ing*/)
 3 {
 4     //提示不能停飞
 5 }
 6 if(/*当前是飞行*/)
 7 {
 8     //执行停飞
 9 }
10 if(/*当前没有动力*/)
11 {
12     //不能停飞
13 }

 

这种代码不但枯燥无趣，而且难以维护。如果哪天你加了一个“即将坠机”的状态，你需要修改每个类的每个方法。。。

实现飞机类 AirPlane 类

好了，回归正题，我们来实现飞机！看看飞机是如何不需要进行 状态 判断就可以直接用：

 1 /*这是 飞机类  这个类才是正在 在用上面的各种类*/
 2 class AirPlane
 3 {
 4 private:
 5     string name;
 6     State *state;    //状态
 7 
 8 public:
 9     AirPlane()
10     {
11         this->state = new StateNotPower();    //初始化状态为 “没有动力” 状态
12     };
13     ~AirPlane()
14     {
15         delete this->state;    //记得释放喔~
16     };
17     void setName(const char* name)
18     {
19         this->name = name;    //复制
20     }
21     void setState(State * state)
22     {
23         delete this->state;    //先释放原来的
24         this->state = state;    //改成新的 状态
25     };
26     void fly()
27     {
28         cout << "[AirPlane][" << this->name << "] ";
29         this->state->fly();
30     };    //起飞
31     void stopfly()    
32     {
33         cout << "[AirPlane][" << this->name << "] ";
34         this->state->stopfly();
35     };    //停止飞行，降落
36     void up()    
37     {
38         cout << "[AirPlane][" << this->name << "] ";
39         this->state->up();
40     };        //拉升飞行高度
41     void down()    
42     {
43         cout << "[AirPlane][" << this->name << "] ";
44         this->state->down();
45     };        //拉低飞行高度
46     //你可以发现，我们将具体的实现全部交给了 子类去实现，我们完全不必管到底如何进行。
47     //当然了，如果你会策略模式，或许你能更加灵活运用，策略模式与本模式很相似。
48 };

你可以看见，我们已经将方法全部委托给了 状态 类。对吧。这有什么问题？

你根本无需在乎飞机到底是什么状态，完全就是直接用 状态类 的方法就好了。

现在我们来战斗吧

---

 

 

“作为 Pattern Art Online （AR）空战游戏的 元老玩家。你接到上级命令需要赶快去前线实行救援，你的队友几乎已经死绝了，你感到万分悲伤，你决定报仇”

“但是 你本来就很少上前线，因为你已经普升到 军长了，但是你手上已经没有任何战斗飞行员了，你必须亲自上阵，因为如果一旦退缩的话，后面就是你的家乡”

 1 #include "State.h"
 2 
 3 using namespace std;
 4 
 5 int main(int argc, char const *argv[])
 6 {
 7     /*
 8         你实例化了一架 新的飞机，这个时候 作为 Pattern Art Online 游戏的 元老玩家。
 9         你需要赶过去支援你的 队友！
10         前线目前已经非常紧张，导致你起飞的动作僵硬无比。
11     */
12     /*好的，我创建了一架飞机*/
13     AirPlane *air = new AirPlane();
14     /*随便取个名字，Alier Two 号*/
15     air->setName("Alier Tow");
16     /*起飞吧！我要赶快去 救我的队友*/
17     air->fly();    /*输出: ERROR: Can\'t do fly!! You are not Power!*/
18     /*该死，太紧张了，毕竟时间紧，你，就你，快加满油！*/
19     air->setState(new StateNotFly());    //状态改成一切就绪，但没有正在飞行
20     /*很好，油满了，给我拉升！*/
21     air->up();    /*输出: ERROR: Can\'t do up!! You are not \'Flying\'!*/
22     /*可恶，忘记先发动 螺旋桨了。。。*/
23     air->fly();    /*输出: INFO: OK!*/
24     /*哈哈哈，飞起来了！*/
25     air->setState(new StateFlying());    //状态改成 飞行ing
26     /*给我飞高点*/
27     air->up();    /*输出: INFO: OK! up*/
28 
29     /* ---五个小时的飞行后---*/
30 
31     /*咦？怎么回事，螺旋桨不转了？*/
32     air->setState(new StateNotPower());
33     /*卧槽，忘记带后备用油了，我可是要飞到 北美洲去啊！总部，总部！请求加油机支援！！！*/
34     /*可恶。给我飞高点！！！*/
35     /* ---距离地面还剩 800米--- */
36     air->up();    /*输出: ERROR: Can\'t do up!! You are not Power!*/
37     /*不...不要啊！不管什么，给我飞起来啊！！！*/
38     air->fly();    /*救命啊： ERROR: Can\'t do fly!! You are not Power!*/
39     /* ---即将坠机--- */
40     /* ...砰... */
41     /* --- You die--- */
42 
43     cin.get();
44 
45     delete air;        /*可怜的你，还没有飞到前线就坠机了，真是.....*/
46     return 0;
47 }

 

输出：

 

那么，你现在明白了？状态模式。你可以轻松的复用。甚至可以定义N个状态，定义个N不同的飞机，并且飞机与状态这之间却可以轻松的反复重用！

因为状态都继承了 State 抽象类，而飞行则只管使用，定义状态，而不需要管理不同状态下的不同行为。

就这样结束了？

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“你的队友对你十分失望，你的上司对你的飞行技术感到质疑，这是一个不好的现象，这意味着你很有可能要被逐出 【Fly！Fly！Fly！】战队。”

“那么。你不准备做什么？”

“听说 Pattern Art Online （VR）角色扮演类游戏开始了，你的队友貌似挺感兴趣，你决心要利用黑客技术来帮助自己取得队友的信任。”

故事后续情节请看：《程序设计模式——策略模式》

 

最后

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　　但是要注意的一点，不是说有了这个模式，就必须要加进去使用，程序会更棒。

设计模式要与你的程序相互和谐，不能写个 “HelloWorld” 程序都用到了设计模式。

总的一句话，设计模式不是规则，而是你随时可以改变的模式。这也是很多设计模式书籍强调的一点。

 

不论对你是否有帮助，还是谢谢您的耐心查看。如有错误之处，还望指教。