生活中的状态模式

生活中的状态模式——水之三态

什么是状态？

状态即事物所处的某一种形态。状态模式是说一个对象在其内部状态发生改变时，其表现的行为和外在属性不一样，这个对象看上去就像是改变了它的类型一样。因此，状态模式又称为对象的行为模式。

如我们生活中经常见到的水，就有三种不同状态冰、水、水蒸汽，三种状态所表现的外在性质完全不一样：1.冰，质坚硬，无流动性，表面光滑；2.水，具有流动性；3.水蒸汽，肉眼看不见，却存在于空气中，质轻。这三种状态特性是不相差巨大？简直就不像是同一种物质的，但事实却是不管它是在什么状态，其特里组成都是一样的，都是水分子(H2O)。


水

以水为例说状态模式

你还记得初中物理学书上的这副图吗?水有三种状态：固、液、气，三种状态表现出不同的特性和行为，它们之间的转换也伴随着一着热力学的现象。现在要用程序来模拟水的三种状态和相互转换，要如何实现呢？


水之三态

我们从对象的角度来考虑会有哪个类，首先不管它是什么状态始终是水(H2O)，所以会有一个Water类；而它又有三种状态，我们可以定义三个状态类：SolidState、LiquidState、GaseousState；从SolidState、LiquidState、GaseousState这三个单词中我们会发现都有一个State后缀，于是我们会想它们之间是否有一些共性，能否提取出一个更抽象的类，这个类就是状态类(State)。这些类之间的关系大致如下：


水与状态之间的类图关系

Ok，我们已经知道了大概的关系，那就开始Coding实现吧，在实现的过程中不断完善……

Water.h：

#ifndef __WATER_H__

#define __WATER_H__

//===============================================================

class State;

//===============================================================

class Water

{

public:

Water();

Water(State* pState, const string& strName);

~Water();

public:

//改变状态

bool ChangeState(State* pState);

//设置温度

void SetTemperature(int nTemperature);

//获取温度

int GetTemperature();

//升温，nStep升高的幅度

void RiseTemperature(int nStep);

//降温，nStep降低的幅度

void ReduceTemperature(int nStep);

//获取名称

string GetName();

//水的作用(功效)

void DoWork();

private:

int			m_nTemperature;			//水温

string		m_strName;				//名称

State*		m_pState;				//状态

};

#endif	//__WATER_H__

State.h：

#ifndef __STATE_H__

#define __STATE_H__

//===============================================================

class Water;

//===============================================================

class State

{

public:

virtual ~State() { }

//某一状态下表现的行为，用途

virtual void DoWork(Water* pWater) = 0;

virtual string GetStateName();

protected:

State(const string& strName) : m_strStateName(strName){}

string m_strStateName;

};

class SolidState : public State

{

public:

static SolidState* GetInstance();

virtual void DoWork(Water* pWater);

private:

SolidState(const string& strName) : State(strName) { }

static SolidState* s_pSolidState;

class CGarbo{

public:

~CGarbo()

{

if (SolidState::s_pSolidState != NULL)

{

delete SolidState::s_pSolidState;

}

}

};

static CGarbo s_Carbo;

};

class LiquidState : public State

{

public:

static LiquidState* GetInstance();

virtual void DoWork(Water* pWater);

private:

LiquidState(const string& strName) : State(strName) { }

static LiquidState* s_pLiquidState;

class CGarbo{

public:

~CGarbo()

{

if (LiquidState::s_pLiquidState != NULL)

{

delete LiquidState::s_pLiquidState;

}

}

};

static CGarbo s_Carbo;

};

class GaseousState : public State

{

public:

static GaseousState* GetInstance();

virtual void DoWork(Water* pWater);

private:

GaseousState(const string& strName) : State(strName){ }

static GaseousState* s_pGaseousState;

class CGarbo{

public:

~CGarbo()

{

if (GaseousState::s_pGaseousState != NULL)

{

delete GaseousState::s_pGaseousState;

}

}

};

static CGarbo s_Carbo;

};

#endif	//__STATE_H__

Water.cpp：

#include "stdafx.h"

#include "Water.h"

#include "State.h"

Water::Water() : m_pState(NULL), m_strName("水(H2O)")

{

SetTemperature(25);

}

Water::Water( State* pState, const string& strName) : m_nTemperature(0), m_pState(pState), m_strName(strName)

{

if (m_pState->GetStateName().compare("固态") == 0)

{

m_nTemperature = -25;

} else if (m_pState->GetStateName().compare("液态") == 0)

{

m_nTemperature = 25;

} else if (m_pState->GetStateName().compare("气态") == 0)

{

m_nTemperature = 125;

}

}

Water::~Water()

{

}

bool Water::ChangeState( State* pState )

{

if (!pState)

{

return false;

}

if (!m_pState)

{

cout << "初始化为" << pState->GetStateName() << endl;

} else

{

cout << "由" << m_pState->GetStateName() << "变为" << pState->GetStateName() << endl;

}

m_pState = pState;

return true;

}

void Water::SetTemperature( int nTemperature )

{

m_nTemperature = nTemperature;

if (m_nTemperature <= 0)

{

ChangeState(SolidState::GetInstance());

} else if (m_nTemperature > 0 && m_nTemperature <= 100)

{

ChangeState(LiquidState::GetInstance());

} else

{

ChangeState(GaseousState::GetInstance());

}

}

int Water::GetTemperature()

{

return m_nTemperature;

}

void Water::RiseTemperature( int nStep )

{

SetTemperature(m_nTemperature + nStep);

}

void Water::ReduceTemperature( int nStep )

{

SetTemperature(m_nTemperature - nStep);

}

std::string Water::GetName()

{

return m_strName;

}

void Water::DoWork()

{

if (m_pState)

{

m_pState->DoWork(this);

}

}

State.cpp：

#include "stdafx.h"

#include "State.h"

#include "Water.h"

string State::GetStateName()

{

return m_strStateName;

}

//===============================================================

SolidState* SolidState::s_pSolidState = NULL;

LiquidState* LiquidState::s_pLiquidState = NULL;

GaseousState* GaseousState::s_pGaseousState = NULL;

//===============================================================

SolidState* SolidState::GetInstance()

{

if (!s_pSolidState)

{

s_pSolidState = new SolidState("固态");

}

return s_pSolidState;

}

void SolidState::DoWork( Water* pWater )

{

cout << "我性格高冷，当前体温" << pWater->GetTemperature() << "摄氏度，"

<< "我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……" << endl;

}

LiquidState* LiquidState::GetInstance()

{

if (!s_pLiquidState)

{

s_pLiquidState = new LiquidState("液态");

}

return s_pLiquidState;

}

void LiquidState::DoWork( Water* pWater )

{

cout << "我性格温和，当前体温" << pWater->GetTemperature() << "摄氏度，"

<< "我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……" << endl;

}

GaseousState* GaseousState::GetInstance()

{

if (!s_pGaseousState)

{

s_pGaseousState = new GaseousState("气态");

}

return s_pGaseousState;

}

void GaseousState::DoWork( Water* pWater )

{

cout << "我性格热烈，当前体温" << pWater->GetTemperature() << "摄氏度，"

<< "飞向天空是我毕生的梦想，在这你将看不到我的存在，我将达到无我的境界……" << endl;

}

测试代码：

void TestStateDesign()

{

Water water;

water.DoWork();

water.SetTemperature(-4);

water.DoWork();

water.RiseTemperature(8);

water.DoWork();

water.RiseTemperature(110);

water.DoWork();

water.ReduceTemperature(130);

water.DoWork();

}

结果如下：

初始化为液态

我性格温和，当前体温25摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……

由液态变为固态

我性格高冷，当前体温-4摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……

由固态变为液态

我性格温和，当前体温4摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……

由液态变为气态

我性格热烈，当前体温114摄氏度，飞向天空是我毕生的梦想，在这你将看不到我的存在，

我将达到无我的境界……

由气态变为固态

我性格高冷，当前体温-16摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……

好了，上面的程序已经完美地帮我们完成了水的三种状态及其转变的模拟。我们再来整理一个上面的代码中的类图结构，如下图：


水与状态之间的类图关系

SolidState、LiquidState、GaseousState三个类用了单例的模式，因为状态只需要一个对象就可以了，这三个类中CGarbo是一个内部类，只为了释放静态对象，关于单例模式的用法，可以参考《生活中的单例——不是单身》。Water中的ChangeState可方便地进行三种状态之间的转换。

状态模式总结

通过上面一个生活中的例子，应该很容易能明白状态模式吧！其实也简单，其结构关系如下：


状态模式结构图

Behavior是不同一个对象在不同状态下的行为(如DoWork)，ChangeState用于改变对象的状态，Request则是操作请求(如RiseTemperature和)。

来自：http://ink.csdn.net/articles/show/55bd90a716baab4d3fc33fdd