设计模式-Note7-状态变化类

State

状态模式

解决什么问题

在软件构建过程中，某些对象的状态如果改变，其行为也会随之而发生改变，比如文档处于只读状态，其支持的行为和读写状态支持的行为就可能完全不同。

如何在运行时根据对象的状态来透明地更改对象的行为？而不会为对象操作和状态转化之间引入紧耦合。

结构

要点总结

1. State模式将所有与一个特定状态相关的行为都放入一个State的子类对象中，在对象状态切换时，切换相应的对象；但同时维持State接口，这样实现了具体操作与状态转换之间的解耦。
2. 为不同状态引入不同的对象使得状态装换变得更加明确，而且可以保证不会出现状态不一致的情况，因为转换是原子性的——即要么彻底转换过来，要么不转换。
3. 如果State对象没有实例变量，那么各个上下文可以共享同一个State对象，从而节省对象开销。

示例：一个网络程序，根据不同的网络状态产生不同的行为

// 最初实现
enum NetworkState {
    Network_Open,
    Network_Close,
    Network_Connect,
    Network_Wait,   // 新添加
};

class NetworkProcessor {
private:
    NetworkState state;
public:
    void Operation1 {
        if (state == Network_Open) {

            // ...
            state = Network_Close;
        }
        else if (state == Network_Close) {

            // ...
            state = Network_Connect;
        }
        else if (state == Network_Connect) {

        }
        // ...
    }

    void Operation2 {
        if (state == Network_Open) {

            // ...
        }
        else if (state == Network_Close) {

            // ...
        }
        else if (state == Network_Connect) {

        }
        // ...
    }

    void Operation3 {
        // ...
    }
    // ...
};

// State模式
class NetworkState {
public:
    virtual ~NetworkState() {}

    NetworkState* pNext;
    virtual void Operation1() = 0;
    virtual void Operation2() = 0;
    virtual void Operation3() = 0;
    // ...
};

class OpenState : public NetworkState {
private:
    static NetworkState* m_instance;
public:
    static NetworkState* getInstance() {
        if (m_instance == nullptr) {
            m_instance = new OpenState();
        }
        return m_instance;
    }

    void Operation1 {
        
        // ...
        pNext = CloseState::getInstance();
    }

    void Operation2 {
        
        // ...
        pNext = ConnectState::getInstance();
    }

    void Operation3 {
        // ...
        pNext = OpenState::getInstance();
    }
    // ...
}

class CloseState : public NetworkState {

}

class ConnectState : public NetworkState {

}

class WaitState : public NetworkState {

}

class NetworkProcessor {
private:
    NetworkState* pState;
public:
    NetworkProcessor(NetworkState* pState) : pState(pState) { }

    void Operation1 {
        
        // ...
        pState->Operation1();
        pState = pState->pNext;
    }

    void Operation2 {
        
        // ...
        pState->Operation2();
        pState = pState->pNext;
    }

    void Operation3 {
        // ...
        pState->Operation3();
        pState = pState->pNext;
    }
    // ...
};

Memento

备忘录

在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可以将该对象恢复到原先保存的状态。

解决什么问题

在软件构建过程中，其某些对象的状态在转换过程中，可能由于某种需要，要求程序能够回溯到对象之前处于某个点时的状态。如果使用一些公有接口来让其他对象得到对象的状态，便会暴露对象的细节实现。

如何实现对象状态的良好保存与恢复？但同时又不会因此而破坏对象本身的封装性。

结构

要点总结

1. 备忘录（Memento）存储原发器（Originator）对象的内部状态，在需要时恢复原发器状态。
2. Memento模式的核心是信息隐藏，即Originator需要向外界隐藏信息，保持其封装性。但同时又需要将状态保持到外界（Memento）。
3. 由于现代语言运行时（如C#、Java等）都具有相当的对象序列化支持，因此往往采用效率较高、又较容易正确实现的序列化方案来实现Memento模式。

示例

class Memento {
private:
    string state;
    // ...
public:
    Memento(const string& s) : state(s) {}
    string getState() const { return state; }
    void setState(const string& s) { state = s; }
};

class Originator {
private:
    string state;
    // ... and
public:
    Originator() {}
    Memento createMemento() {
        Memento m(state);
        return m;
    }
    void setMemento(Memento& m) {
        state = m.getState();
    }
};

int main()
{
    Originator originator;

    // 存储到备忘录
    Memento mem = originator.createMemento();

    // ... 改变originator状态

    // 从备忘录中恢复
    originator.setMemento(mem);

    // ................
}