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詳解state狀況形式及在C++設計形式編程中的應用實例

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每一個人、事物在分歧的狀況下會有分歧表示（舉措），而一個狀況又會在分歧的表示下轉移到下一個分歧的狀況（State）。最簡略的一個生涯中的例子就是：地鐵進口處，假如你放入准確的地鐵票，門就會翻開讓你經由過程。在出口處也是驗票，假如准確你便可以 ok，不然就不讓你經由過程（假如你舉措蠻橫，也許會有報警（Alarm），：））。

無限狀況主動機（FSM）也是一個典范的狀況分歧，對輸出有分歧的呼應（狀況轉移）。

平日我們在完成這類體系會應用到許多的 Switch/Case 語句，Case 某種狀況，產生甚麼舉措，Case 別的一種狀況，則產生別的一種狀況。然則這類完成方法至多有以下兩個成績：
當狀況數量不是許多的時刻，Switch/Case 能夠可以弄定。然則當狀況數量許多的時刻（現實體系中也恰是如斯），保護一年夜組的 Switch/Case 語句將是一件異常艱苦而且輕易失足的工作。
狀況邏輯和舉措完成沒有分別。在許多的體系完成中，舉措的完成代碼直接寫在狀況的邏輯傍邊。這帶來的效果就是體系的擴大性和保護得不到包管。

狀況形式就是被用來處理下面列出的兩個成績的，在狀況形式中我們將狀況邏輯和舉措完成停止分別。當一個操作中要保護年夜量的 case 分支語句，而且這些分支依附於對象的狀況。狀況形式將每個分支都封裝到自力的類中。

狀況形式典范的構造圖為：

狀況形式的完成
代碼片段 1：State.h

//state.h
#ifndef _STATE_H_
#define _STATE_H_
class Context; //前置聲明
class State{
  public:
  State();
  virtual ~State();
  virtual void OperationInterface(Context* ) = 0;
  virtual void OperationChangeState(Context*) = 0;
  protected:
  bool ChangeState(Context* con,State* st);
  private:
  //bool ChangeState(Context* con,State* st);
};
class ConcreteStateA:public State{
  public:
  ConcreteStateA();
  virtual ~ConcreteStateA();
  virtual void OperationInterface(Context* );
  virtual void OperationChangeState(Context*);
  protected:
  private:
};
class ConcreteStateB:public State{
  public:
  ConcreteStateB();
  virtual ~ConcreteStateB();
  virtual void OperationInterface(Context* );
  virtual void OperationChangeState(Context*);
  protected:
  private:
};
#endif //~_STATE_H_

代碼片段 2：State.cpp

//State.cpp
#include "State.h"
#include "Context.h"
#include <iostream>
using namespace std;
State::State(){
}
State::~State(){
}
void State::OperationInterface(Context* con){
  cout<<"State::.."<<endl;
}
bool State::ChangeState(Context* con,State* st){
  con->ChangeState(st);
  return true;
}
void State::OperationChangeState(Context* con){
}
///
ConcreteStateA::ConcreteStateA(){
}
ConcreteStateA::~ConcreteStateA(){
}
void ConcreteStateA::OperationInterface(Context* con){
  cout<<"ConcreteStateA::OperationInterface
  ......"<<endl;
}
void ConcreteStateA::OperationChangeState(Context* con){
  OperationInterface(con);
  this->ChangeState(con,new ConcreteStateB());
}
///
ConcreteStateB::ConcreteStateB(){
}
ConcreteStateB::~ConcreteStateB(){
}
void ConcreteStateB::OperationInterface(Context* con){
  cout<<"ConcreteStateB::OperationInterface......"<<endl;
}
void ConcreteStateB::OperationChangeState(Context* con){
  OperationInterface(con);
  this->ChangeState(con,new ConcreteStateA());
}

代碼片段 3：Context.h

//context.h
#ifndef _CONTEXT_H_
#define _CONTEXT_H_
class State;
/**
*
**/
class Context{
  public:
  Context();
  Context(State* state);
  ~Context();
  void OprationInterface();
  void OperationChangState();
  protected:
  private:
  friend class State; //注解在 State 類中可以拜訪 Context 類的 private 字段
  bool ChangeState(State* state);
  private:
  State* _state;
};
#endif //~_CONTEXT_H_

代碼片段 4：Context.cpp

//context.cpp
#include "Context.h"
#include "State.h"
Context::Context(){
}
Context::Context(State* state){
  this->_state = state;
}
Context::~Context(){
  delete _state;
}
void Context::OprationInterface(){
  _state->OperationInterface(this);
}
bool Context::ChangeState(State* state){
  ///_state->ChangeState(this,state);
  this->_state = state;
  return true;
}
void Context::OperationChangState(){
  _state->OperationChangeState(this);
}

代碼片段 5：main.cpp

//main.cpp
#include "Context.h"
#include "State.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[]){
  State* st = new ConcreteStateA();
  Context* con = new Context(st);
  con->OperationChangState();
  con->OperationChangState();
  con->OperationChangState();
  if (con != NULL)
    delete con;
  if (st != NULL)
    st = NULL;
  return 0;
}

代碼解釋：狀況形式在完成中，有兩個症結點：
1.將狀況聲明為 Context 的友元類（friend class），其感化是讓狀況形式拜訪 Context的 protected 接口 ChangeSate（）。
狀況及其子類中的操作都將 Context*傳入作為參數，其重要目標是狀況類可以經由過程這個指針挪用 Context 中的辦法（在本示例代碼中沒有表現）。這也是狀況形式和 Strategy形式的最年夜差別地點。

2.運轉了示例代碼後可以取得以下的成果：持續 3 次挪用了 Context 的 OprationInterface（）由於每次挪用後狀況都邑轉變（A－B－A），是以該舉措跟著 Context 的狀況的改變而取得了分歧的成果。

關於State形式的一些須要留意的處所
這個形式使得軟件可以在分歧的state上面出現出完整分歧的特點

分歧的theme使得雷同的元素出現出分歧的特色
分歧的state上面雷同的操作發生分歧的後果
分歧的狀況對雷同的信息發生分歧的處置
這個形式使得操作的state邏輯加倍的清晰，省去了有數的state斷定，而state的擴大性和可保護性和履行效力也年夜幅度的上升。關於state，有以下幾點要留意的處所：

1.一切的state應當被一個類（State Manager Class）治理:

state之間的跳轉和轉換長短常龐雜的，有時一些state能夠要跳轉的目的state有幾十個，這個時刻我們須要一個治理類（State Manager ）來同一的治理這些state的切換，例如目的state的初始化和請求跳轉state的停止處置，和一些state間同享數據的存儲和處置。與其稱這個Manager 為治理類，不如說是一個中央類，它完成了state之間的解隅，使得各個state之間不比曉得target state的詳細信息，而只需向Manager請求跳轉便可以了。使得各個state的模塊化更好，加倍的靈巧

2.一切的state都應當從一個state基類繼續:

既然state要教給一個manager來治理，那末天然的，這些state都應當從一個父類繼續上去，如許manager其實不須要曉得許多子類的信息，一個最純真的manager只需只需治理一個如許的基類的指針便可以了。別的，我們還可以同一的把state的一些共有的屬性放在這裡

3.state應當完成為一個singleton:

state其實不須要老是被請求，如許能夠會形成治理上的凌亂，state資本的請求也不該該可以隨意率性停止，現實上，state的請求權限應當只要 Manager才有，而且有且只要一次。在如許的情形下，state的結構函數仿佛應當被聲明為protected or private ，而Manager應當被聲明為state的友元，然則友元被算作是損壞類的封裝性的一種做法，這一點上，我很抵觸，所以在這一條上我只能采用一種疏忽的立場。

4.應當做一個state麼？這是一個成績：

state可以說是if-else的一種替換品，極真個情形上面state可讓你的法式中if-else法式塊消逝得無影無蹤，然則，這其實不是銀彈。state關於狀況可預知的情形下異常有用，然則關於state弗成預知，或許類似的state數目太多。過量的state會形成class的粒渡過細，法式反而不簡練。在如許的情形下，你應當斟酌應用if-else法式塊來替換state。

例如：

有如許的一個法式，它可以生成隨意率性外形的多邊形，而多邊形的各個節點是可以挪動的，成績就來了。

我其實不曉得用戶將要應用若干個節點的多邊形，是以我沒法的創立那末多響應的state來使得如許一個法式正常任務。state年夜多半都是肯定的，關於不肯定的，state仿佛力所不及，例如斯例

一種處理辦法是我應用Manager傳遞給state一個state參數，讓state無機會曉得用戶的操作意圖，在這個例子外面是讓state曉得用戶盤算操作某一個節點，而state依據這個state參數來處置用戶的操作，好比說，state獲得的是用戶操作的某一個點的index ,而state只需寫

points[index].moveTo(points[index].getX()+offset_x , points[index].getY()+offset_y)；

便可以，從而防止了state過量湧現的成績。

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