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狀態模式

一种设计模式:允许一个对象在内部状态改变时改变它的行为 来自维基百科,自由的百科全书

狀態模式
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狀態模式(英語:state pattern),是一种行為類型软件设计模式,它可以讓物件在其内部狀態有變化時,改變其行為。这种模式有點像有限状态机的概念。狀態模式可以被當成成一種策略模式,它能够通過在調用模式介面中所定義的方法来切換策略。

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UML 中的状态模式[1]

狀態模式在计算机编程中的用途,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。對於物件来说,这是可以在运行时更改其行为的一种更為簡潔方式,它无需诉诸条件语句而从而提高了可维护性。[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,本書描述了如何解决常見的设计问题。此类问题涵盖了灵活且可重用的面向对象软件的设计,例如易于实现、更改、测试和重用的对象。[2]

狀態模式常用來解決两個主要問題: [3]

  • 当对象的内部状态改变时,它的行为也应该改变。
  • 应独立定义特定于状态的行为。也就是说,添加新状态不应影响现有状态的行为。

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,不更改这个類的情况下,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,為每個狀態封装特定於裝態的行为。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来實現。類可以在運行時,藉由改變當前狀態物件来改變其行為。

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结构

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狀態设计模式的示例UML類圖和序列圖。[4]

在随附的统一建模语言(UML)類圖中, Context 類不直接实现特定于状态的行为。相反,Context通过State介面来执行特定于状态的行为(state.handle() ),这使得Context獨立於特定于狀態行為的实现方式。ConcreteStateAConcreteStateB類实现State介面,即为每个状态实现(封装)特定于状态的行为。UML序列图說明了运行时互動:

Context对象将特定于状态的行为委托给不同的State对象。首次時,Context调用handle(this)時,這基於了其当前(初始)狀態(ConcreteStateA),此時執行操作並調用 Context.setState(ConcreteStateB)來將當前狀態更改为ConcreteStateB 。下一次時,Context再次调用handle(this),這基於了其當前状态对象(ConcreteStateB),此時執行操作並将當前狀態更改为ConcreteStateA

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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()

其执行:

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

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