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C#设计模式-状态者模式
一、 状态者（State）模式
每个对象都有其对应的状态，而每个状态又对应一些相应的行为，如果某个对象有多个状态时，那么就会对应很多的行为。那么对这些状态的判断和根据状态完成的行为，就会导致多重条件语句，并且如果添加一种新的状态时，需要更改之前现有的代码。这样的设计显然违背了开闭原则。状态模式正是用来解决这样的问题的。状态模式将每种状态对应的行为抽象出来成为单独新的对象，这样状态的变化不再依赖于对象内部的行为。
状态模式——允许一个对象在其内部状态改变时自动改变其行为，对象看起来就像是改变了它的类。
二、 状态者模式的结构
既然状态者模式是对已有对象的状态进行抽象，则自然就有抽象状态者类和具体状态者类，而原来已有对象需要保存抽象状态者类的引用，通过调用抽象状态者的行为来改变已有对象的行为。经过上面的分析，状态者模式的结构图也就很容易理解了，具体结构图如下图示。
从上图可知，状态者模式涉及以下三个角色：
- Account类：维护一个State类的一个实例，该实例标识着当前对象的状态。
- State类：抽象状态类，定义了一个具体状态类需要实现的行为约定。
- SilveStater、GoldState和RedState类：具体状态类，实现抽象状态类的每个行为。
三、 状态者模式的实现
下面，就以银行账户的状态来实现下状态者模式。银行账户根据余额可分为RedState、SilverState和GoldState。这些状态分别代表透支账号，新开账户和标准账户。账号余额在【-100.0，0.0】范围表示处于RedState状态，账号余额在【0.0 ， 1000.0】范围表示处于SilverState，账号在【1000.0， 100000.0】范围表示处于GoldState状态。下面以这样的一个场景实现下状态者模式，具体实现代码如下所示：
using System;namespace StatePatternSample{ public class Account { public State State { get; set; } public string Owner { get; set; } public Account(string owner) { this.Owner = owner; this.State = new SilverState(0.0, this); } public double Balance { get { return State.Balance; } } // 余额 // 存钱 public void Deposit(double amount) { State.Deposit(amount); Console.WriteLine("存款金额为 {0:C}——", amount); Console.WriteLine("账户余额为 =:{0:C}", this.Balance); Console.WriteLine("账户状态为: {0}", this.State.GetType().Name); Console.WriteLine(); } // 取钱 public void Withdraw(double amount) { State.Withdraw(amount); Console.WriteLine("取款金额为 {0:C}——", amount); Console.WriteLine("账户余额为 =:{0:C}", this.Balance); Console.WriteLine("账户状态为: {0}", this.State.GetType().Name); Console.WriteLine(); } // 获得利息 public void PayInterest() { State.PayInterest(); Console.WriteLine("Interest Paid --- "); Console.WriteLine("账户余额为 =:{0:C}", this.Balance); Console.WriteLine("账户状态为: {0}", this.State.GetType().Name); Console.WriteLine(); } } // 抽象状态类 public abstract class State { // Properties public Account Account { get; set; } public double Balance { get; set; } // 余额 public double Interest { get; set; } // 利率 public double LowerLimit { get; set; } // 下限 public double UpperLimit { get; set; } // 上限 public abstract void Deposit(double amount); // 存款 public abstract void Withdraw(double amount); // 取钱 public abstract void PayInterest(); // 获得的利息 } // Red State意味着Account透支了 public class RedState : State { public RedState(State state) { // Initialize this.Balance = state.Balance; this.Account = state.Account; Interest = 0.00; LowerLimit = -100.00; UpperLimit = 0.00; } // 存款 public override void Deposit(double amount) { Balance += amount; StateChangeCheck(); } // 取钱 public override void Withdraw(double amount) { Console.WriteLine("没有钱可以取了！"); } public override void PayInterest() { // 没有利息 } private void StateChangeCheck() { if (Balance > UpperLimit) { Account.State = new SilverState(this); } } } // Silver State意味着没有利息得 public class SilverState : State { public SilverState(State state) : this(state.Balance, state.Account) { } public SilverState(double balance, Account account) { this.Balance = balance; this.Account = account; Interest = 0.00; LowerLimit = 0.00; UpperLimit = 1000.00; } public override void Deposit(double amount) { Balance += amount; StateChangeCheck(); } public override void Withdraw(double amount) { Balance -= amount; StateChangeCheck(); } public override void PayInterest() { Balance += Interest * Balance; StateChangeCheck(); } private void StateChangeCheck() { if (Balance < LowerLimit) { Account.State = new RedState(this); } else if (Balance > UpperLimit) { Account.State = new GoldState(this); } } } // Gold State意味着有利息状态 public class GoldState : State { public GoldState(State state) { this.Balance = state.Balance; this.Account = state.Account; Interest = 0.05; LowerLimit = 1000.00; UpperLimit = 1000000.00; } // 存钱 public override void Deposit(double amount) { Balance += amount; StateChangeCheck(); } // 取钱 public override void Withdraw(double amount) { Balance -= amount; StateChangeCheck(); } public override void PayInterest() { Balance += Interest * Balance; StateChangeCheck(); } private void StateChangeCheck() { if (Balance < 0.0) { Account.State = new RedState(this); } else if (Balance < LowerLimit) { Account.State = new SilverState(this); } } } class App { static void Main(string[] args) { // 开一个新的账户 var account = new Account("Learning Hard"); // 进行交易 // 存钱 account.Deposit(1000.0); account.Deposit(200.0); account.Deposit(600.0); // 付利息 account.PayInterest(); // 取钱 account.Withdraw(2000.00); account.Withdraw(500.00); // 等待用户输入 Console.ReadKey(); } }}
上面代码的运行结果如下所示：
账户余额为 =:￥1,000.00账户状态为：SilverState存款金额为 ￥200.00——账户余额为 =:￥1,200.00账户状态为：GoldState存款金额为 ￥600.00——账户余额为 =:￥1,800.00账户状态为：GoldStateInterest Paid ---账户余额为 =:￥1,890.00账户状态为：GoldState取款金额为 ￥2000.00——账户余额为 =:￥-110.00账户状态为：RedState没有钱可以取了！取款金额为 ￥500.00——账户余额为 =:￥-110.00账户状态为：RedState
从上面输出的内容可以发现，进行存取款交易，会影响到Account内部的状态，由于状态的改变，从而影响到Account类行为的改变，而且这些操作都是发生在运行时的。
四、 应用状态者模式完善中介者模式方案
我曾介绍到中介者模式存在的问题，下面利用观察者模式和状态者模式来完善中介者模式，具体的实现代码如下所示：
// 抽象牌友类using System;using System.Collections.Generic;public abstract class AbstractCardPartner{ public int MoneyCount { get; set; } protected AbstractCardPartner() { MoneyCount = 0; } public abstract void ChangeCount(int count, AbstractMediator mediator);}// 牌友A类public class ParterA : AbstractCardPartner{ // 依赖与抽象中介者对象 public override void ChangeCount(int count, AbstractMediator mediator) { mediator.ChangeCount(count); }}// 牌友B类public class ParterB : AbstractCardPartner{ // 依赖与抽象中介者对象 public override void ChangeCount(int count, AbstractMediator mediator) { mediator.ChangeCount(count); }}// 抽象状态类public abstract class State{ protected AbstractMediator Meditor; public abstract void ChangeCount(int count);}// A赢状态类public class AWinState : State{ public AWinState(AbstractMediator concretemediator) { this.Meditor = concretemediator; } public override void ChangeCount(int count) { foreach (AbstractCardPartner p in Meditor.list) { var a = p as ParterA; // if (a != null) { a.MoneyCount += count; } else { p.MoneyCount -= count; } } }}// B赢状态类public class BWinState : State{ public BWinState(AbstractMediator concretemediator) { this.Meditor = concretemediator; } public override void ChangeCount(int count) { foreach (AbstractCardPartner p in Meditor.list) { var b = p as ParterB; // 如果集合对象中时B对象，则对B的钱添加 if (b != null) { b.MoneyCount += count; } else { p.MoneyCount -= count; } } }}// 初始化状态类public class InitState : State{ public InitState() { Console.WriteLine("游戏才刚刚开始,暂时还有玩家胜出"); } public override void ChangeCount(int count) { // return; }}// 抽象中介者类public abstract class AbstractMediator{ public List<AbstractCardPartner> list = new List<AbstractCardPartner>(); public State State { get; set; } protected AbstractMediator(State state) { this.State = state; } public void Enter(AbstractCardPartner partner) { list.Add(partner); } public void Exit(AbstractCardPartner partner) { list.Remove(partner); } public void ChangeCount(int count) { State.ChangeCount(count); }}// 具体中介者类public class MediatorPater : AbstractMediator{ public MediatorPater(State initState) : base(initState) { }}class Program{ static void Main(string[] args) { AbstractCardPartner a = new ParterA(); AbstractCardPartner b = new ParterB(); // 初始钱 a.MoneyCount = 20; b.MoneyCount = 20; AbstractMediator mediator = new MediatorPater(new InitState()); // A,B玩家进入平台进行游戏 mediator.Enter(a); mediator.Enter(b); // A赢了 mediator.State = new AWinState(mediator); mediator.ChangeCount(5); Console.WriteLine("A 现在的钱是：{0}", a.MoneyCount);// 应该是25 Console.WriteLine("B 现在的钱是：{0}", b.MoneyCount); // 应该是15 // B 赢了 mediator.State = new BWinState(mediator); mediator.ChangeCount(10); Console.WriteLine("A 现在的钱是：{0}", a.MoneyCount);// 应该是25 Console.WriteLine("B 现在的钱是：{0}", b.MoneyCount); // 应该是15 Console.Read(); }}
五、 状态者模式的应用场景
在以下情况下可以考虑使用状态者模式：
- 当一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时可以使用状态者模式。把状态的判断逻辑转移到表示不同状态的一系列类中，可以把复杂的判断逻辑简单化。
- 当一个对象行为取决于它的状态，并且它需要在运行时刻根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态者模式。
六、 状态者模式的优缺点
优点：
- 将状态判断逻辑每个状态类里面，可以简化判断的逻辑。
- 当有新的状态出现时，可以通过添加新的状态类来进行扩展，扩展性好。
缺点：
- 如果状态过多的话，会导致有非常多的状态类，加大了开销。
七、 总结
状态者模式是对对象状态的抽象，从而把对象中对状态复杂的判断逻辑已到各个状态类里面，从而简化逻辑判断。
C#设计模式-状态者模式
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