狀態模式

狀態模式（英語：state pattern），是一種行為類型的軟件設計模式，它可以讓物件在其內部狀態有變化時，改變其行為。這種模式有點像有限狀態機的概念。狀態模式可以被當成成一種策略模式，它能夠通過在調用模式介面中所定義的方法來切換策略。

UML 中的狀態模式^[1]

狀態模式在計算機編程中的用途，是基於其內部狀態，將同一物件的各種有不同行為進行封裝。對於物件來說，這是可以在運行時更改其行為的一種更為簡潔方式，它無需訴諸條件語句而從而提高了可維護性。^[1]

概述

狀態設計模式是《設計模式：可復用物件導向軟體的基礎》所收錄的二十三個模式之一，本書描述了如何解決常見的設計問題。此類問題涵蓋了靈活且可重用的面向對象軟件的設計，例如易於實現、更改、測試和重用的對象。^[2]

狀態模式常用來解決兩個主要問題： ^[3]

• 當對象的內部狀態改變時，它的行為也應該改變。
• 應獨立定義特定於狀態的行為。也就是說，添加新狀態不應影響現有狀態的行為。

在類中為特定狀態直接實作行為是不夠彈性的，因為它將類與特定行為綁定，這將使得在獨立於這個類，不更改這個類的情況下，無法增加新的狀態或改變狀態的行為。因此，此模式描述了兩種解決方案：

• 定義單獨的（狀態）物件，為每個狀態封裝特定於裝態的行為。亦即，定義一個介面（狀態）以用於執行特定於狀態的行為，並為每種狀態定義一個實現該接口的類。
• 類將特定於狀態的行為委託給它的當前戕態物件，而不直接實現特定於狀態的行為。

這使得類與特定於狀態的行為如何實作獨立開來。新的狀態可以通過定義新的狀態類來實現。類可以在運行時，藉由改變當前狀態物件來改變其行為。

結構

狀態設計模式的示例UML類圖和序列圖。^[4]

在隨附的統一建模語言（UML）類圖中， Context 類不直接實現特定於狀態的行為。相反，Context通過State介面來執行特定於狀態的行為（state.handle() ），這使得Context獨立於特定於狀態行為的實現方式。ConcreteStateA和ConcreteStateB類實現State介面，即為每個狀態實現（封裝）特定於狀態的行為。UML序列圖說明了運行時互動：

Context對象將特定於狀態的行為委託給不同的State對象。首次時，Context調用handle(this)時，這基於了其當前（初始）狀態（ConcreteStateA），此時執行操作並調用 Context.setState(ConcreteStateB)來將當前狀態更改為ConcreteStateB 。下一次時，Context再次調用handle(this)，這基於了其當前狀態對象（ConcreteStateB），此時執行操作並將當前狀態更改為ConcreteStateA。

示例

Python

下面是Python的例子：

from abc import ABC, abstractmethod

class State(ABC):
    @abstractmethod
    def __call__(self): pass

class ConcreteStateA(State):
    def __call__(self): 
        print("Called ConcreteStateA handle method")

class ConcreteStateB(State):
    def __call__(self): 
        print("Called ConcreteStateB handle method")

class Context():
    def __init__(self, state):
        self.state = state
    def set_state(self, state):
        self.state = state
    def __call__(self):
        self.state()

其執行：

>>> state1 = ConcreteStateA()
>>> context = Context(state1)
>>> context()
Called ConcreteStateA handle method
>>> state2 = ConcreteStateB()
>>> context.set_state(state2)
>>> context()
Called ConcreteStateB handle method