设计模式之状态模式(State)摘录

Posted 2020-09-17 cynchanpin

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怎样创建、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托付给还有一个对象。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详细的类的信息封装起来。第二，它们隐藏了这些类的实例是怎样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非常大的灵活性。它们同意用结构和功能区别非常大的“产品”对象配置一个系统。配置能够是静态的(即在编译时指定)，也能够是动态的(在执行时)。

结构型模式涉及到怎样组合类和对象以获得更大的结构。

结构型类模式採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，而是描写叙述了怎样对一些对象进行组合，从而实现新功能的一些方法。由于能够在执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。而这样的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。行为模式不仅描写叙述对象或类的模式。还描写叙述它们之间的通信模式。这些模式刻画了在执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写叙述了一组对等的对象怎样相互协作以完毕当中任一个对象都无法单独完毕的任务。

创建型模式包含：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).

结构型模式包含：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).

行为模式包含：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(訪问者模式)；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。而无需指定他们详细的类。

Singleton：保证一个类仅有一个实例，并提供一个訪问它的全局訪问点。

Builder：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得相同的构建过程能够创建不同的表示。

Prototype：用原型实例指定创建对象的种类。而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，使它们都能够独立地变化。

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能够一起工作。

Decorator：动态地给一个对象加入一些额外的职责。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-总体”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easy使用。

Proxy：为其它对象提供一个代理以控制对这个对象的訪问。

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使得子类能够不改变一个算法的结构就可以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, 而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：同意一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎改动了它所属的类。

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,全部依赖于它的对象都得到通知并自己主动刷新。

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。中介者使各对象不须要显式地相互引用。从而使其耦合松散。而且能够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參数化。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。它使你能够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：提供一种方法顺序訪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：同意一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎改动了它的类。

         (2)、适用性：A、一个对象的行为取决于它的状态。而且它必须在执行时刻依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。

这个状态通经常使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模式将每个条件分支放入一个独立的类中。这使得你能够依据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象能够不依赖于其它对象而独立变化。

         (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、状态对象一般是Singleton。

         (4)、当一个对象的行为取决于它的状态，而且它必须在执行时刻依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。而且这些分支依赖于对象的状态。

State模式将每个分支都封装到独立的类中。State模式和Strategy模式有非常大程度上的类似：它们都有一个Context类，都是通过托付(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。

两者最大的区别就是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。可是Strategy模式中就没有这样的情况。因此能够说一个State实例相同是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则主要是详细算法和实现接口的解耦(coupling)，Strategy模式中并没有状态的概念(尽管非常多时候能够被看作是状态的概念)，而且更加不关心状态的改变了。State模式非常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，而动作实现则能够放在Context类中实现(这也是为什么State派生类须要拥有一个指向Context的指针)。这使得两者的变化相互独立，改变State的状态逻辑能够非常easy复用Context的动作，也能够在不影响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，状态逻辑分布到了非常大的State的子类中。非常难看到整个的状态逻辑图，这也带来了代码的维护问题。

演示样例代码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;
		else
			cout<<"不行了，还是睡觉吧"<<endl;
	}
};

class ForenoonState : public State
{
public:
	virtual void WriteProgram(Work* w)
	{
		if ((w->hour) < 12)
			cout<<"如今的精神无敌好"<<endl;
		else {
			w->SetState(new NoonState());
			w->Writeprogram();//注意加上这句
		}

	}
};

Work::Work()
{
	current = new ForenoonState();
}

//client
int main()
{
	Work* mywork = new Work();
	mywork->hour = 9;
	mywork->Writeprogram();
	mywork->hour = 14;
	mywork->Writeprogram();

	/*result
		如今的精神无敌好
		execute
		不行了。还是睡觉吧
	*/

	return 0;
}

演示样例代码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类中能够訪问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;

	/*result
		ConcreteStateA::OperationInterface ...
		ConcreteStateB::OperationInterface ...
		ConcreteStateA::OperationInterface ...
	*/

	return 0;
}

状态模式结构图：

參考文献：

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》