Head First 设计模式第十章-状态模式 状态模式(headcount)

网友投稿 540 2022-05-30

状态模式

策略模式和状态模式是双胞胎,在出生时才分开。你已经知道,策略模式是围绕可以互换的算法来创建成功业务的,然而,状态走的是更崇高的路,它通过改变对象内部的状态来帮助对象控制自己的行为。

定义状态模式

先看看定义:状态模式允许对象在内部状态改变时改变它的行为,对象看起来好像修改了它的类

例题

自动糖果售卖机,糖果机的控制器需要的工作流程如下图

从上面的状态图中可以找到所有的状态:

我们可以创建一个实例变量来持有目前的状态,然后定义每个状态的值:

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//每个状态用不同的值表示

final static int SOLD_OUT=0;//售罄

final static int NO_QUARTER=1;//没有投币

final static int HAS_QUARTER=2;//已投币

final static int SOLD=3;//售出糖果

//实例变量持有当前状态,只要改变变量值状态也会随之改变

int state =SOLD_OUT;

现在,我们将所有系统中可以发生的动作整合起来:

“投入25分钱”,“退回25分钱”,“转动曲柄”,“发放糖果”

这些动作是糖果机的接口,这是你能对糖果机做的事情,

调用任何一个动作都会造成状态的转换,

发放糖果更多是糖果机的内部动作,机器自己调用自己。

我们创建一个类,它的作用就像是一个状态机,每一个动作,我们都创建了一个对应的方法,这些方法利用条件语句来决定在每个状态内什么行为是恰当的。比如对“投入25分钱”这个动作来说,我们可以把对应方法写成下面的样子:

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public void insertQuarter(){

if(state==HAS_QUARTER){

//每个状态对应的行为

......

}else if(state==SOLD_OUT){

......

}else if(state ==SOLD){

......

}else if(state==NO_QUARTER){

state=HAS_QUARTER;//状态转换

......

}

}

初步代码

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class GumballMachine{

final static int SOLD_OUT=0;

final static int NO_QUARTER=1;

final static int HAS_QUARTER=2;

final static int SOLD=3;

int state =SOLD_OUT;

int count =0;//存储糖果数量

public  GumballMachine(int count){

this.count=count;

if(count>0){

state=NO_QUARTER;

}

}

//当有25分钱投入,就会执行这个方法

public void insertQuarter(){

if(state==HAS_QUARTER){

System.out.println("如果已投入过25分钱,我们就告诉顾客");

}else if(state==NO_QUARTER){

state=HAS_QUARTER;

System.out.println("如果是在“没有25分钱”的状态下,我们就接收25分钱," +"并将状态转换到“有25分钱”的状态");

}else if(state ==SOLD_OUT){

System.out.println("如果糖果已经售罄,我们就拒绝收钱");

}else if(state==SOLD){

System.out.println("如果顾客刚才买了糖果,就需要稍等一下,好让状态转换完毕。" +"恢复到“没有25分钱”的状态");

state=NO_QUARTER;

}

}

//如果顾客试着退回25分钱就执行这个方法

public void ejectQuarter(){

if(state==HAS_QUARTER){

System.out.println("如果有25分钱,我们就把钱退出来,回到“没有25分钱”的状态");

state=NO_QUARTER;

}else if(state==NO_QUARTER){

System.out.println("如果没有25分钱的话,当然不能退出25分钱");

}else if(state ==SOLD){

System.out.println("顾客已经转动曲柄就不能再退钱了,他已经拿到糖果了");

}else if(state==SOLD_OUT){

System.out.println("如果糖果售罄,就不能接受25分钱,当然也不可能退钱");

}

}

//顾客试着转动曲柄

public void turnCrank(){

if(state==SOLD){

System.out.println("别想骗过机器拿两次糖果");

}else if(state==NO_QUARTER){

System.out.println("我们需要先投入25分钱");

}else if(state ==SOLD_OUT){

System.out.println("我们不能给糖果,已经没有任何糖果了");

}else if(state==HAS_QUARTER){

System.out.println("成功,他们拿到糖果了," +"改变状态到“售出糖果”然后调用机器的disoense()方法");

state=SOLD;

dispense();

}

}

//调用此方法,发放糖果

public void dispense(){

if(state==SOLD){

System.out.println("我们正在“出售糖果”状态,给他们糖果");

count=count-1;

/*

我们在这里处理“糖果售罄”的情况,如果这是最后一个糖果,将机器的状态设置到“糖果售罄”否则就回到“没有25分钱”的状态

*/

if(count==0){

System.out.println();

state=SOLD_OUT;

}else{

state=NO_QUARTER;

}

}else if(state==SOLD_OUT){

System.out.println("这些都不应该发生,但是如果做了,就得到错误提示");

}else if(state ==HAS_QUARTER){

System.out.println("这些都不应该发生,但是如果做了,就得到错误提示");

}else if(state==NO_QUARTER){

System.out.println("这些都不应该发生,但是如果做了,就得到错误提示");

}

}

}

尽管程序完美运行,但还是躲不掉需求变更的命运

现在糖果公司要求:当曲柄被转动时,有10%的几率掉下来的是两个糖果。(氪金扭蛋)

再回看一下我们的初步代码,想要实现新的需求将会变得非常麻烦:

必须新增一个中奖的“赢家”状态。

必须在每一个方法添加新的判断条件来处理“赢家”状态。

转动把手的方法中还需要检查目前状态是否是“赢家”再决定切换到“赢家”状态行为还是正常出售行为。

在现有代码基础上做增加将会很麻烦,也不利与以后的维护,扩展性差。

回顾一下第一章的策略模式中的设计原则:

找出应用中可能需要变化之处,把他们独立出来

将状态独立出来,封装成一个类,都实现State接口,类图如下:

新的设计想法如下:

首先,我们定义一个State接口,在这个接口内,糖果机的每个动作都有一个对应的方法

然后为机器的每个状态实现状态类,这些类将负责在对应的状态下进行机器的行为

最后,我们要摆脱旧的条件代码,取而代之的方式是,将动作委托到状态类

代码

定义一个State接口

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public interface State {

public void insertQuarter();//投币

public void ejectQuarter();//退币

public void turnCrank();//转动出货把手

public void dispense();//出售

}

为机器的每个状态实现状态类:

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《Head First 设计模式》第十章-状态模式 状态模式(headcount)

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//未投币状态

public class NoQuarterState implements State {

GumballMachine gumballMachine;

public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {

this.gumballMachine=gumballMachine;

}

public void insertQuarter() {

System.out.println("你投入一枚硬币");

gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState());//状态转换为已投币状态

}

public void ejectQuarter() {

System.out.println("你未投币,无法退钱");

}

public void turnCrank() {

System.out.println("未投币,请先投币");

}

public void dispense() {

System.out.println("请先投币");

}

}

//已投币状态

public class HasQuarterState implements State {

Random randomWinner=new Random(System.currentTimeMillis());

GumballMachine gumballMachine;

public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {

this.gumballMachine=gumballMachine;

}

public void insertQuarter() {

System.out.println("已投币,无法再接收投币");

}

public void ejectQuarter() {

System.out.println("已退币");

gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());

}

public void turnCrank() {

System.out.println("已转动把手,糖果出售中。。。。");

int winner=randomWinner.nextInt(10);//随机数生成,用以标记“赢家”状态

if((winner==0)&&(gumballMachine.getCount()>1))

gumballMachine.setState(gumballMachine.getWinnerState());

else

gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState());

}

public void dispense() {

System.out.println("机器中已经没有糖果可以出售了!");

}

}

//出售状态

public class SoldState implements State {

GumballMachine gumballMachine;

public SoldState(GumballMachine gumballMachine) {

this.gumballMachine=gumballMachine;

}

public void insertQuarter() {

System.out.println("请等候,正在初始化机器中");

}

public void ejectQuarter() {

System.out.println("抱歉,您已转动把手获得了糖果,无法退币");

}

public void turnCrank() {

System.out.println("您重复转动把手,无法再获取更多糖果");

}

public void dispense() {

gumballMachine.releaseBall();//出货,糖果-1

if(gumballMachine.getCount()>0)

gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());

else {

System.out.println("糖果已售完");

gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());

}

}

}

//售罄状态

public class SoldOutState implements State {

GumballMachine gumballMachine;

public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine) {

this.gumballMachine=gumballMachine;

}

public void insertQuarter() {

System.out.println("此机器的糖果已售完,不接收投币");

}

public void ejectQuarter() {

System.out.println("未投币,退币失败");

}

public void turnCrank() {

System.out.println("糖果已售完,转动把手也不会有糖果出来的");

}

public void dispense() {

System.out.println("机器中已无糖果");

}

}

//赢家状态

public class WinnerState implements State {

GumballMachine gumballMachine;

public WinnerState(GumballMachine gumballMachine) {

this.gumballMachine=gumballMachine;

}

public void insertQuarter() {

System.out.println("请等候,正在初始化机器中");

}

public void ejectQuarter() {

System.out.println("抱歉,您已转动把手获得了糖果");

}

public void turnCrank() {

System.out.println("您重复转动把手,无法再获取更多糖果");

}

public void dispense() {

System.out.println("恭喜你成为幸运儿,你将额外获得一个免费糖果");

gumballMachine.releaseBall();//出货,糖果-1

if(gumballMachine.getCount()==0)

gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());

else {

gumballMachine.releaseBall();

if(gumballMachine.getCount()>0)

gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());

else {

System.out.println("糖果已售完");

gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());

}

}

}

}

糖果机类:

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public class GumballMachine {

State soldOutState;

State noQuarterState;

State hasQuarterState;

State soldState;

State winnerState;

State state=soldOutState;

int count=0;

public GumballMachine(int numberGumballs) {//初始化

soldOutState=new SoldOutState(this);

noQuarterState=new NoQuarterState(this);

hasQuarterState=new HasQuarterState(this);

soldState=new SoldState(this);

winnerState=new WinnerState(this);

this.count=numberGumballs;

if(numberGumballs>0)

state=noQuarterState;//先判断条件再改变状态

}

//将动作委托到状态类

public void insterQuarter() {

state.insertQuarter();

}

public void ejectQuarter() {

state.ejectQuarter();

}

public void turnCrank() {

state.turnCrank();

state.dispense();

}

//获取当前状态

public State getHasQuarterState() {

return hasQuarterState;

}

//改变状态

public void setState(State state) {

this.state=state;

}

public void releaseBall() {

System.out.println("糖果从出口售出");

if(count!=0)

count-=1;

}

public State getSoldOutState() {

return soldOutState;

}

public State getNoQuarterState() {

return noQuarterState;

}

public State getSoldState() {

return soldState;

}

//获取糖果机中糖果数量

public int getCount() {

return count;

}

public State getWinnerState() {

return winnerState;

}

public String toString() {

// TODO 自动生成的方法存根

String s="剩余糖果:"+count;

return s;

}

}

以上就是用状态模式实现的,仔细观察你会发现状态模式其实和策略模式很像,来看看状态模式的类图:

状态模式的类图其实和策略模式完全一样!

状态模式与策略模式

这两个模式的差别在于它们的“意图”

以状态模式而言,我们将一群行为封装在状态对象中,context的行为随时可委托到那些状态对象中的一个,随着时间而流逝,当前状态在状态对象集合中游走改变,以反映出context内部的状态,因此,context的行为也会跟着改变,但是context的客户对于状态对象了解不多,甚至根本是浑然不觉。

以策略模式而言,客户通常主动指定Context所要组合的策略对象时哪一个。现在,固然策略模式让我们具有弹性,能够在运行时改变策略,但对于某个context对象来说,通常都只有一个最适当的策略对象。

一般的,我们把策略模式想成是除了继承之外的一种弹性替代方案,如果你使用继承定义了一个类的行为,你将被这个行为困住,是指要修改它都很难,有了策略模式,你可以通过组合不同的对象来改变行为。

我们把状态模式想成是不用在context中放置许多条件判断的替代方案,通过将行为包装进状态对象中,你可以通过在context内简单地改变状态对象来改变context的行为。

模式区分

状态模式:封装基于状态的行为,并将行为委托到当前状态

策略模式:将可以互换的行为封装起来。然后使用委托的方法,觉得使用哪一个行为

模板方法模式:由子类决定如何实现算法中的某些步骤

要点

(1)状态模式允许一个对象基于内部状态而拥有不同的行为。

(2)和程序状态机(PSM)不同,状态模式用类来表示状态。

(3)Context会将行为委托给当前状态对象。

(4)通过将每一个状态封装进一个类,我们把以后需要做的任何改变局部化了。

(5)状态模式和策略模式有相同的类图,但是他们的意图不同。

(6)策略模式通常会用行为或算法配置Context类。

(7)状态模式允许Context随着状态的改变而改变行为。

(8)状态转换可以有State类或Context类控制。

(9)使用状态模式通常会导致设计中类的数目大量增加。

(10)状态栏可以被多个Context实例共享。

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