C#設計模式之十八狀態模式（State Pattern）【行為型】

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原文:C#設計模式之十八狀態模式（State Pattern）【行為型】

一、引言

   今天我們開始講“行為型”設計模式的第六個模式，該模式是【狀態模式】，英文名稱是：State Pattern。無論是現實世界，還是物件導向的OO世界，裡面都有一個東西，那就是對象。有對象當然就有狀態了。每個對象都有其對應的狀態，而每個狀態又有對應一些相應的行為，在不同狀態下，行為的的方式也是不一樣。如果某個對象有多個狀態時，那麼就會有很多對應的行為。那麼對這些狀態的判斷和根據狀態完成的行為，就會導致多重條件陳述式交織在一起，並且如果添加一種新的狀態時，需要更改之前現有的代碼。這樣的設計顯然違背了開閉原則，狀態模式正是用來解決這樣的問題的。

二、狀態模式的詳細介紹

2.1、動機（Motivate）

   在軟體構建過程中，某些對象的狀態如果改變，其行為也會隨之而發生變化，比如文檔處於唯讀狀態，其支援的行為和讀寫狀態支援的行為就可能完全不同。

   如何在運行時根據對象的狀態來透明地更改對象的行為？而不會為對象操作和狀態轉化之間引入緊耦合？

2.2、意圖（Intent）

   允許一個對象在其內部狀態改變時改變它的行為。從而使對象看起來似乎修改了其行為。　　　　　　                                ——《設計模式》GoF

2.3、結構圖（Structure）

     

2.4、模式的組成
    
    可以看出，在狀態模式的結構圖有以下角色：

    （1）、環境角色（Context）：也稱上下文，定義用戶端所感興趣的介面，並且保留一個具體狀態類的執行個體。這個具體狀態類的執行個體給出此環境對象的現有狀態。
 
    （2）、抽象狀態角色（State）：定義一個介面，用以封裝環境對象的一個特定的狀態所對應的行為。

    （3）、具體狀態角色（ConcreteState）：每一個具體狀態類都實現了環境（Context）的一個狀態所對應的行為。

     在狀態模式結構中需要理解環境類與抽象狀態類的作用：
 
     環境類實際上就是擁有狀態的對象，環境類有時候可以充當狀態管理器(State Manager)的角色，可以在環境類中對狀態進行切換操作。
 
     抽象狀態類可以是抽象類別，也可以是介面，不同狀態類就是繼承這個父類的不同子類，狀態類的產生是由於環境類存在多個狀態，同時還滿足兩個條件：這些狀態經常需要切換，在不同的狀態下對象的行為不同。因此可以將不同對象下的行為單獨提取出來封裝在具體的狀態類中，使得環境類對象在其內部狀態改變時可以改變它的行為，對象看起來似乎修改了它的類，而實際上是由於切換到不同的具體狀態類實現的。由於環境類可以設定為任一具體狀態類，因此它針對抽象狀態類進行編程，在程式運行時可以將任一具體狀態類的對象設定到環境類中，從而使得環境類可以改變內部狀態，並且改變行為。

2.5、狀態模式的代碼實現

    狀態模式在顯示生活中也有類似的例子，例如：我們上網購買商品的過程中，就可以查看訂單的狀態隨時狀態。對於商家來說，訂單的狀態不同，也會允許客戶有不同的動作要求，比如：訂單在已經處於發貨狀態，此訂單是不能退貨的。如果訂單在備貨階段，客戶是可以換貨或者退貨的。如果我們的訂單已經發貨了，您就等著接收貨物吧，如果貨物有品質問題，可以拒簽，或者順利完成交易，今天我們就以訂單為例來說明狀態模式的實現。實現代碼如下：

namespace 狀態模式的實現    {        //環境角色---相當於Context類型        public sealed class Order        {            private State current;            public Order()            {                //工作狀態初始化為上午工作狀態                current = new WaitForAcceptance();                IsCancel = false;            }            private double minute;            public double Minute            {                get { return minute; }                set { minute = value; }            }            public bool IsCancel { get; set; }            private bool finish;            public bool TaskFinished            {                get { return finish; }                set { finish = value; }            }            public void SetState(State s)            {                current = s;            }            public void Action()            {                current.Process(this);            }        }        //抽象狀態角色---相當於State類型        public interface State        {            //處理訂單            void Process(Order order);        }        //等待受理--相當於具體狀態角色        public sealed class WaitForAcceptance : State        {            public void Process(Order order)            {                System.Console.WriteLine("我們開始受理，準備備貨！");                if (order.Minute < 30 && order.IsCancel)                {                    System.Console.WriteLine("接受半個小時之內，可以取消訂單！");                    order.SetState(new CancelOrder());                    order.TaskFinished = true;                    order.Action();                }                order.SetState(new AcceptAndDeliver());                order.TaskFinished = false;                order.Action();            }        }        //受理髮貨---相當於具體狀態角色        public sealed class AcceptAndDeliver : State        {            public void Process(Order order)            {                System.Console.WriteLine("我們貨物已經準備好，可以發貨了，不可以撤銷訂單！");                if (order.Minute < 30 && order.IsCancel)                {                    System.Console.WriteLine("接受半個小時之內，可以取消訂單！");                    order.SetState(new CancelOrder());                    order.TaskFinished = true;                    order.Action();                }                if (order.TaskFinished==false)                {                    order.SetState(new Success());                    order.Action();                }            }        }        //交易成功---相當於具體狀態角色        public sealed class Success : State        {            public void Process(Order order)            {                System.Console.WriteLine("訂單結算");                order.SetState(new ConfirmationReceipt());                order.TaskFinished = true;                order.Action();            }        }        //確認收貨---相當於具體狀態角色        public sealed class ConfirmationReceipt : State        {            public void Process(Order order)            {                System.Console.WriteLine("檢查貨物，沒問題可以就可以簽收！");                order.SetState(new ConfirmationReceipt());                order.TaskFinished = true;                order.Action();            }        }        //取消訂單---相當於具體狀態角色        public sealed class CancelOrder : State        {            public void Process(Order order)            {                System.Console.WriteLine("檢查貨物，有問題，取消訂單！");                order.SetState(new CancelOrder());                order.TaskFinished = true;                order.Action();            }        }        public class Client        {            public static void Main(String[] args)            {                //訂單                Order order = new Order();                order.Minute = 9;                order.Action();                //可以取消訂單                order.IsCancel = true;                order.Minute = 20;                order.Action();                order.Minute = 33;                order.Action();                order.Minute = 43;                order.Action();                Console.Read();            }        }    }

  
三、狀態模式的實現要點：

    State模式將所有與一個特定狀態相關的行為都放入一個State的子類對象中，在對象狀態切換時，切換相應的對象；但同時維持State的介面，這樣實現了具體操作與狀態轉換之間的解耦。

    為不同的狀態引入不同的對象使得狀態轉換變得更加明確，而且可以保證不會出現狀態不一致的情況，因為轉換是原子性的——即要麼徹底轉換過來，要麼不轉換。

    如果State對象沒有執行個體變數，那麼各個上下文可以共用同一個State對象，從而節省對象開銷。

   3.1】、狀態模式的優點

          （1）、封裝了轉換規則。

          （2）、枚舉可能的狀態，在枚舉狀態之前需要確定狀態種類。

         （3）、將所有與某個狀態有關的行為放到一個類中，並且可以方便地增加新的狀態，只需要改變對象狀態即可改變對象的行為。

          （4）、允許狀態轉換邏輯與狀態物件合成一體，而不是某一個巨大的條件陳述式塊。

          （5）、可以讓多個環境對象共用一個狀態物件，從而減少系統中對象的個數。

   3.2】、狀態模式的缺點

         （1）、狀態模式的使用必然會增加系統類別和對象的個數。

         （2）、狀態模式的結構與實現都較為複雜，如果使用不當將導致程式結構和代碼的混亂。

         （3）、狀態模式對“開閉原則”的支援並不太好，對於可以切換狀態的狀態模式，增加新的狀態類需要修改那些負責狀態轉換的原始碼，否則無法切換到新增狀態；而且修改某個狀態類的行為也需修改對應類的原始碼。

    （3）、在以下情況下可以使用狀態模式：

           （1）、對象的行為依賴於它的狀態（屬性）並且可以根據它的狀態改變而改變它的相關行為。

          （2）、代碼中包含大量與對象狀態有關的條件陳述式，這些條件陳述式的出現，會導致代碼的可維護性和靈活性變差，不能方便地增加和刪除狀態，使客戶類與類庫之間的耦合增強。在這些條件陳述式中包含了對象的行為，而且這些條件對應於對象的各種狀態

四、.NET 狀態模式的實現

     狀態模式在Net裡面的實現還沒有研究透，如果以後有了新的學習內容，再補充進來。但是我感覺，這個模式可能在業務系統裡面有更大的使用。

五、總結

      好了，今天就寫到這裡了。由於最近感冒了，有幾天沒寫東西了。今天寫點東西，只是寫的有點慢了。

C#設計模式之十八狀態模式（State Pattern）【行為型】