C++设计模式-状态模式详解

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状态模式：当一个对象内在状态改变时允许改变其行为，看起来像改变了棋类。

状态模式，顾名思义就是表示一个对象的状态，并且这些状态不一定是互斥的，常见的比如手机状态，有开机、关机、没有信号、正在通话。这四种状态中，比如手机处于关机状态时，就不能进行通话，只能进行开机；手机没有信号的时候，就不能进行打电话，只能进行关机；当手机出于开机状态的时候，手机可以没有信号也可以关机等。

所以手机不同的状态就会有不同状态下的行为，而且可以在不同的状态下进行切换。

那么根据以上状态可以搭建不同的手机使用场景。

首先定义手机的四种状态：

enum PHONESTATE{
	STATE_POWERON,//开机
	STATE_POWEROFF,//关机
	STATE_NOSIGNAL,//没有信号
	STATE_CALLING,//通话中
};

定义手机：

class MyPhone {
public:
	void setPhoneState(PHONESTATE state);
	PHONESTATE getPhoneState();

	void powerOn();
	void powerOff();
	void calling();
	void nosignal();

private:
	PHONESTATE _phoneState;
};

void MyPhone::setPhoneState(PHONESTATE state) {
	_phoneState = state;
}

PHONESTATE MyPhone::getPhoneState() {
	return _phoneState;
}

void MyPhone::powerOn() {
	switch(_phoneState) {
	case STATE_POWERON:
	printf("当前开机状态：不能再开机了！\n");
	break;
	case STATE_POWEROFF:
	printf("当前关机状态：当然可以开机了！\n");
	break;
	case STATE_NOSIGNAL:
	printf("当前手机没有信号：手机自然是开机状态，不能再次开机！\n");
	break;
	case STATE_CALLING:
	printf("当前手机正在通话：现在已经是开机状态！\n");
	break;
	default:
	break;
	}
}

void MyPhone::powerOff() {
	switch(_phoneState) {
	case STATE_POWERON:
	printf("当前开机状态：当然可以关机了！\n");
	break;
	case STATE_POWEROFF:
	printf("当前关机状态：不能再关机了！\n");
	break;
	case STATE_NOSIGNAL:
	printf("当前手机没有信号：当然可以关机了！\n");
	break;
	case STATE_CALLING:
	printf("当前手机正在通话：不可以关机！\n");
	break;
	default:
	break;
	}
}

void MyPhone::calling() {
	switch(_phoneState) {
	case STATE_POWERON:
	printf("当前开机状态：手机正在打电话！\n");
	break;
	case STATE_POWEROFF:
	printf("当前关机状态：不能打电话！\n");
	break;
	case STATE_NOSIGNAL:
	printf("当前手机没有信号：不可以打电话！\n");
	break;
	case STATE_CALLING:
	printf("当前手机正在通话：现在已经是通话状态！\n");
	break;
	default:
	break;
	}
}

void MyPhone::nosignal() {
	switch(_phoneState) {
	case STATE_POWERON:
	printf("当前开机状态：手机没有信号！\n");
	break;
	case STATE_POWEROFF:
	printf("当前关机状态：不知道信号怎么样！\n");
	break;
	case STATE_NOSIGNAL:
	printf("当前手机没有信号：...\n");
	break;
	case STATE_CALLING:
	printf("当前手机正在通话：手机没有信号了，通话中断！\n");
	break;
	default:
	break;
	}
}

使用场景：

int main() {

	MyPhone* myPhone = new MyPhone;
	myPhone->setPhoneState(STATE_POWEROFF);

	myPhone->powerOff();
	myPhone->powerOn();
	myPhone->calling();

	myPhone->setPhoneState(STATE_NOSIGNAL);
	myPhone->powerOn();
	myPhone->powerOff();
	myPhone->calling();
	myPhone->nosignal();
	return 0;
}

运行结果：

上面实现的手机在不同的状态下可以做的事情，使用大量的swich…case语句，如果要添加新的手机装填呢？比如手机信号弱等，是不是要重新每一个函数并且添加新的case语句，这就破坏了开闭原则。

有没有更好的办法呢？

答案是有的，咱们可以把手机不通状态提取出来，封装成公共的接口。

class IPhoneState {
public:
	IPhoneState();
	~IPhoneState();

	//关机
	virtual void powerOff() = 0;

	//开机
	virtual void powerOn() = 0;

	//没有信号
	virtual void onSignal() = 0;

	//正在通话中
	virtual void calling() = 0;
};

上面定义的函数是纯虚函数，子类必须继承实现的。

定义不通的状态子类。
开机状态：

//开机状态
class statePowerOn :public IPhoneState {
public:
	void powerOff()override;

	void powerOn()override;

	void onSignal()override;

	void calling()override;
};

void statePowerOn::powerOff() {
	printf("当前开机状态：当然可以关机了！\n");
}

void statePowerOn::powerOn() {
	printf("当前开机状态：不能再开机了！\n");

}

void statePowerOn::onSignal() {
	printf("当前开机状态：手机没有信号！\n");

}

void statePowerOn::calling() {
	printf("当前开机状态：手机正在打电话！\n");

}

关机状态：

//关机状态
class statePowerOff :public IPhoneState {
public:
	void powerOff()override;

	void powerOn()override;

	void onSignal()override;

	void calling()override;
};

void statePowerOff::powerOff() {
	printf("当前关机状态：不能再关机了！\n");

}

void statePowerOff::powerOn() {
	printf("当前关机状态：当然可以开机了！\n");

}

void statePowerOff::onSignal() {
	printf("当前关机状态：不知道信号怎么样！\n");
}

void statePowerOff::calling() {
	printf("当前关机状态：不能打电话！\n");

}

没有信号状态：

//没有信号状态
class stateNoSignal :public IPhoneState {
public:
	void powerOff()override;

	void powerOn()override;

	void onSignal()override;

	void calling()override;
};

void stateNoSignal::powerOff() {
	printf("当前手机没有信号：当然可以关机了！\n");

}

void stateNoSignal::powerOn() {
	printf("当前手机没有信号：手机自然是开机状态，不能再次开机！\n");
}

void stateNoSignal::onSignal() {
	printf("当前手机没有信号：...\n");

}

void stateNoSignal::calling() {
	printf("当前手机没有信号：不可以打电话！\n");

}

通话状态：

//通话状态
class stateCalling :public IPhoneState {
public:
	void powerOff()override;

	void powerOn()override;

	void onSignal()override;

	void calling()override;
};

void stateCalling::powerOff() {
	printf("当前手机正在通话：不可以关机！\n");

}

void stateCalling::powerOn() {
	printf("当前手机正在通话：现在已经是开机状态！\n");

}

void stateCalling::onSignal() {
	printf("当前手机正在通话：手机没有信号了，通话中断！\n");

}

void stateCalling::calling() {
	printf("当前手机正在通话：现在已经是通话状态！\n");

}

使用场景：

int main() {
	Phone* phone = new Phone;
	phone->setPhoneState(new statePowerOff());

	phone->powerOff();
	phone->powerOn();
	phone->calling();

	phone->setPhoneState(new stateNoSignal());
	phone->powerOn();
	phone->powerOff();
	phone->calling();
	phone->nosignal();

	return 0;
}

运行结果：

运行结果和之前使用case语句是一样的，而且结构很清楚。

状态模式的优点：
1.避免使用过多的switch…case语句，提高系统的可维护性；
2.很好的体现开闭原则和单一职责原则，每个状态都是一个子类；