狀態模式

狀態模式（），是一种行為類型的软件设计模式，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。

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。

狀態模式常用來解決两個主要問題：

• 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。

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。

结构
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。ConcreteStateA和ConcreteStateB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。

示例
C++
下面是C++例子：

import std;

using std::shared_ptr;

// Abstract State
class FanState {
public:
virtual void handleButtonPress(class Fan& fan) const = 0;
virtual ~FanState() = default;
};

// Context
class Fan {
private:
shared_ptr currentState;
public:
explicit Fan(shared_ptr state):
currentState{state} {}

void setState(shared_ptr state) noexcept {
currentState = state;
}

void pressButton() noexcept {
currentState->handleButtonPress(*this);
}
};

// Concrete States
class OffState : public FanState {
public:
void handleButtonPress(Fan& fan) const override {
std::println("Fan is OFF -> Switching to LOW speed.");
fan.setState(std::make_shared());
}
};

class LowSpeedState : public FanState {
public:
void handleButtonPress(Fan& fan) const override {
std::println("Fan is on LOW speed -> Switching to HIGH speed.");
fan.setState(make_shared());
}
};

class HighSpeedState : public FanState {
public:
void handleButtonPress(Fan& fan) const override {
std::println("Fan is on HIGH speed -> Turning OFF.");
fan.setState(make_shared());
}
};

int main() {
Fan fan(std::make_shared());

// Simulate pressing the button several times
fan.pressButton(); // OFF -> LOW
fan.pressButton(); // LOW -> HIGH
fan.pressButton(); // HIGH -> OFF
fan.pressButton(); // OFF -> LOW

return 0;
}

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

参考