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.Net行为型设计模式之状态模式（State）

2024-04-02 19:55

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一、动机（Motivate）

在软件构建过程中，某些对象的状态如果改变，其行为也会随之而发生变化，比如文档处于只读状态，其支持的行为和读写状态支持的行为就可能完全不同。
如何在运行时根据对象的状态来透明地更改对象的行为？而不会为对象操作和状态转化之间引入紧耦合？

二、意图（Intent）

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。从而使对象看起来似乎修改了其行为。 ——《设计模式》GoF

三、结构图（Structure）

四、模式的组成

可以看出，在状态模式的结构图有以下角色：
（1）、环境角色（Context）：也称上下文，定义客户端所感兴趣的接口，并且保留一个具体状态类的实例。这个具体状态类的实例给出此环境对象的现有状态。

（2）、抽象状态角色（State）：定义一个接口，用以封装环境对象的一个特定的状态所对应的行为。

（3）、具体状态角色（ConcreteState）：每一个具体状态类都实现了环境（Context）的一个状态所对应的行为。

在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用：
环境类实际上就是拥有状态的对象，环境类有时候可以充当状态管理器(State Manager)的角色，可以在环境类中对状态进行切换操作。
抽象状态类可以是抽象类，也可以是接口，不同状态类就是继承这个父类的不同子类，状态类的产生是由于环境类存在多个状态，同时还满足两个条件：这些状态经常需要切换，在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中，使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类，而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类，因此它针对抽象状态类进行编程，在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中，从而使得环境类可以改变内部状态，并且改变行为。

五、状态模式的代码实现

状态模式在我们的现实生活中也有类似的例子，例如：在我们上网购买商品的过程中，就可以查看订单的随时状态。对于商家来说，订单的状态不同，也会允许客户有不同的动作要求，比如：订单在已经处于发货状态，此订单是不能退货的。如果订单在备货阶段，客户是可以换货或者退货的。如果我们的订单已经发货了，您就等着接收货物吧，如果货物有质量问题，可以拒签，或者顺利完成交易，今天我们就以订单为例来说明状态模式的实现。实现代码如下：

public static void Main(String[] args)
{
    //订单
    Order order = new Order();
    order.Minute = 9;
    order.Action();
    //可以取消订单
    order.IsCancel = true;
    order.Minute = 20;
    order.Action();
    order.Minute = 33;
    order.Action();
    order.Minute = 43;
    order.Action();
}

//环境角色---相当于Context类型
public sealed class Order
{
    private State current;

    public Order()
    {
        //工作状态初始化为尚无的工作状态，等待接单中
        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);
    }
}

//抽象状态角色---相当于State类型
public interface State
{
    //处理订单
    void Process(Order order);
}

//等待受理--相当于具体状态角色
public sealed class WaitForAcceptance : State
{
    public void Process(Order order)
    {
        System.Console.WriteLine("我们开始受理，准备备货！");
        if (order.Minute < 30 && order.IsCancel)
        {
            System.Console.WriteLine("接受半个小时之内，可以取消订单！");
            order.SetState(new CancelOrder());
            order.Action();
        }
        order.SetState(new AcceptAndDeliver());
        order.TaskFinished = false;
        order.Action();
    }
}

//受理发货---相当于具体状态角色
public sealed class AcceptAndDeliver : State
{
    public void Process(Order order)
    {
        System.Console.WriteLine("我们货物已经准备好，可以发货了，不可以撤销订单！");
        if (order.Minute < 30 && order.IsCancel)
        {
            System.Console.WriteLine("接受半个小时之内，可以取消订单！");
            order.SetState(new CancelOrder());
            order.Action();
        }
        if (order.TaskFinished == false)
        {
            order.SetState(new ConfirmationReceipt());
            order.Action();
        }
    }
}

//确认收货---相当于具体状态角色
public sealed class ConfirmationReceipt : State
{
    public void Process(Order order)
    {
        System.Console.WriteLine("检查货物，没问题可以就可以签收！");
        order.SetState(new Success());
        order.TaskFinished = false;
        order.Action();
    }
}

//交易成功---相当于具体状态角色
public sealed class Success : State
{
    public void Process(Order order)
    {
        System.Console.WriteLine("订单结算");
        order.TaskFinished = true;
    }
}

//取消订单---相当于具体状态角色
public sealed class CancelOrder : State
{
    public void Process(Order order)
    {
        System.Console.WriteLine("检查货物，有问题，取消订单！");
        order.TaskFinished = true;
    }
}

六、状态模式的实现要点：

State模式将所有与一个特定状态相关的行为都放入一个State的子类对象中，在对象状态切换时，切换相应的对象；但同时维持State的接口，这样实现了具体操作与状态转换之间的解耦。
为不同的状态引入不同的对象使得状态转换变得更加明确，而且可以保证不会出现状态不一致的情况，因为转换是原子性的——即要么彻底转换过来，要么不转换。
如果State对象没有实例变量，那么各个上下文可以共享同一个State对象，从而节省对象开销。

1、状态模式的优点

（1）、封装了转换规则。
（2）、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
（3）、将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
（4）、允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。
（5）、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

2、状态模式的缺点

（1）、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
（2）、状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
（3）、状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态；而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

3、在以下情况下可以使用状态模式：

（1）、对象的行为依赖于它的状态（属性）并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
（2）、代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，使客户类与类库之间的耦合增强。在这些条件语句中包含了对象的行为，而且这些条件对应于对象的各种状态