解析C++編程中如何使用設計模式中的狀態(tài)模式結構

更新時間：2016年03月16日 11:30:16 作者：cly

這篇文章主要介紹了如何在C++編程中適用設計模式中的狀態(tài)模式結構,狀態(tài)模式強調將特定狀態(tài)相關的邏輯分散到一些類的狀態(tài)類中,需要的朋友可以參考下

作用：當一個對象的內在狀態(tài)改變時允許改變其行為，這個對象看起來像是改變了其類。

UML圖如下：

2016316112712572.png (609×389)

State類，抽象狀態(tài)類，定義一個接口以封裝與Context的一個特定狀態(tài)相關的行為。
ConcreteState類，具體狀態(tài)，每一個子類實現一個與Context的一個狀態(tài)相關的行為。
Context類，維護一個ConcreteState子類的實例，這個實例定義當前的狀態(tài)。

狀態(tài)模式主要解決的是當控制一個對象狀態(tài)轉換的條件表達式過于復雜時的情況。把狀態(tài)的判斷邏輯轉移到表示不同狀態(tài)的一系列類當中，可以把復雜的判斷邏輯簡化。

狀態(tài)模式的好處是將與特定狀態(tài)相關的行為局部化，并且將不同狀態(tài)的行為分割開來。

將特定的狀態(tài)相關的行為都放入一個對象中，由于所有與狀態(tài)相關的代碼都存在于某個ConcreteState中，所以通過定義新的子類可以很容易地增加新的狀態(tài)和轉換。

可以消除龐大的條件分支語句。狀態(tài)模式通過把各種狀態(tài)轉移邏輯分布到State的子類之間，來減少相互間的依賴。

當一個對象的行為取決于它的狀態(tài)，并且它必須在運行時刻根據狀態(tài)改變它的行為時，就可以考慮使用狀態(tài)模式。
另外如果業(yè)務需求某項業(yè)務有多個狀態(tài)，通常都是一些枚舉常量，狀態(tài)的變化都是依靠大量的多分支判斷語句來實現，此時應該考慮將每一種業(yè)務狀態(tài)定義為一個State的子類。這樣這些對象就可以不依賴于其他對象兒獨立變化了。

實例代碼如下：

State.h#ifndef _STATE_H_

#define _STATE_H_

class Context;
class State
{
public:
  virtual void Handle(Context* pContext)=0;
  ~State();
protected:
  State();
private:
};

class ConcreteStateA : public State
{
public:
  ConcreteStateA();
  ~ConcreteStateA();
  virtual void Handle(Context* pContext);
protected:
private:
};

class ConcreteStateB : public State
{
public:
  ConcreteStateB();
  ~ConcreteStateB();
  virtual void Handle(Context* pContext);
protected:
private:
};

class ConcreteStateC : public State
{
public:
  ConcreteStateC();
  ~ConcreteStateC();
  virtual void Handle(Context* pContext);
protected:
private:
};

class Context
{
public:
  Context(State* pState);
  ~Context();
  void Request();
  void ChangeState(State* pState);
protected:
private:
  State* _state;
};


#endif

State.cpp

#include "State.h"
#include <iostream>

using namespace std;

State::State()
{}

State::~State()
{}

ConcreteStateA::ConcreteStateA()
{}

ConcreteStateA::~ConcreteStateA()
{}

//執(zhí)行該狀態(tài)的行為并改變狀態(tài)
void ConcreteStateA::Handle(Context* pContext)
{
  cout << "ConcreteStateA" << endl;
  pContext->ChangeState(new ConcreteStateB());
}

ConcreteStateB::ConcreteStateB()
{}

ConcreteStateB::~ConcreteStateB()
{}

//執(zhí)行該狀態(tài)的行為并改變狀態(tài)
void ConcreteStateB::Handle(Context* pContext)
{
  cout << "ConcreteStateB" << endl;
  pContext->ChangeState(new ConcreteStateC());
}

ConcreteStateC::ConcreteStateC()
{}

ConcreteStateC::~ConcreteStateC()
{}

//執(zhí)行該狀態(tài)的行為并改變狀態(tài)
void ConcreteStateC::Handle(Context* pContext)
{
  cout << "ConcreteStateC" << endl;
  pContext->ChangeState(new ConcreteStateA());
}

//定義_state的初始狀態(tài)
Context::Context(State* pState)
{
  this->_state = pState;
}

Context::~Context()
{}

//對請求做處理，并設置下一狀態(tài)
void Context::Request()
{
  if(NULL != this->_state)
  {
    this->_state->Handle(this);
  }
}

//改變狀態(tài)
void Context::ChangeState(State* pState)
{
  this->_state = pState;
}

main.cpp
#include "State.h"

int main()
{
  State* pState = new ConcreteStateA();
  Context* pContext = new Context(pState);
  pContext->Request();
  pContext->Request();
  pContext->Request();
  pContext->Request();
  pContext->Request();
  return 0;
}

總結

對于狀態(tài)模式，很多情況下和策略模式看起來極為相似。實際上它們都是為了解決具體子類實現抽象接口的實現異構問題而存在的（封裝變化），但是它們的側重各不相同。而針對算法的異構問題，模板方法模式通過繼承的方式來改變一部分算法實現（原子操作在不同具體子類中可以有不同實現），策略模式則通過組合的方式來改變整個算法（可動態(tài)替換），而狀態(tài)模式則強調的是針對不同的狀態(tài)對象可以有不同的響應。因此狀態(tài)模式實際上強調的狀態(tài)的概念，并且強調對狀態(tài)轉換的邏輯封裝，即對象可能處于不同的狀態(tài)下，而各個狀態(tài)在響應了該狀態(tài)的實現后可能會動態(tài)轉到另一個狀態(tài)，而這個轉變我們不希望 Context 的參與（Context 不必維護這個轉換）。狀態(tài)機在編譯原理的 DFA/NDFA 中很常見，針對一個輸入字符和已有串，DFA/NDFA 可能會轉換到另外一個狀態(tài)。

因此對于狀態(tài)模式有以下幾個關鍵點：

1. 狀態(tài)模式會處理算法的不同，但是更加關注的是狀態(tài)的改變。并且對于狀態(tài)的轉變邏輯一般會放在 State 子類中實現。而對于不同狀態(tài)的處理則可以放在 Context 類中，State 子類保存一個指向 Context 的引用（實際上往往傳遞一個指向 Context 的指針即可，而不必在 State 子類真正保存一個引用），以調用這些實現。當然放在 State 子類中實現也無可厚非，不過為了突出重點，使用前一種方式實現更能說明問題。當然在實際開發(fā)中，完全可以不受這個制約。

2.在具體實現過程中，對狀態(tài)的改變我們會在 Context 類中實現（因為Context 才有 State 的概念），而在 State 子類中的狀態(tài)轉變邏輯實現則通過調用這個實現來達到目的。當然為了不讓這個改變狀態(tài)的接口暴露給普通客戶程序員，我們將 Context 中這個接口聲明為 private，而在將State 類聲明為 Context 的 friend 類，并且將 State 子類中狀態(tài)改變邏輯實現聲明為 Protected，不讓普通客戶程序員調用。具體請參考示例代碼部分。

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