【Python笔记-设计模式】状态模式

一、说明

状态模式是一种行为设计模式，用于解决对象在不同状态下具有不同行为

(一) 解决问题

在对象行为根据对象状态而改变时，规避使用大量的条件语句来判断对象的状态，提高系统可维护性

(二) 使用场景

• 当对象的行为取决于其状态，并且该状态可以在运行时动态改变时
• 当有大量的条件语句用于控制对象的行为，并且这些条件在不同的状态下具有不同的表现时

二、结构

1. 上下文（Context）保存了对于一个具体状态对象的引用，并会将所有与该状态相关的工作委派给它。上下文通过状态接口与状态对象交互，且会提供一个设置器用于传递新的状态对象。
2. 状态（State）接口会声明特定于状态的方法。这些方法应能被其他所有具体状态所理解，因为你不希望某些状态所拥有的方法永远不会被调用。
3. 具体状态（ConcreteStates）会自行实现特定于状态的方法。为了避免多个状态中包含相似代码，你可以提供一个封装有部分通用行为的中间抽象类。状态对象可存储对于上下文对象的反向引用。状态可以通过该引用从上下文处获取所需信息，并且能触发状态转移。
4. 上下文和具体状态都可以设置上下文的下个状态，并可通过替换连接到上下文的状态对象来完成实际的状态转换。

三、伪代码

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-
__doc__ = """
状态模式
例：水在不同温度下状态也会不同
"""
 
from abc import ABC, abstractmethod
 
 
class State(ABC):
    """状态基类"""
 
    @abstractmethod
    def handle(self, temperature):
        pass
 
 
class SolidState(State):
    """具体状态类"""
 
    def handle(self, temperature):
        if temperature < 0:
            return "冰"
 
 
class LiquidState(State):
    """具体状态类"""
 
    def handle(self, temperature):
        if 0 <= temperature < 100:
            return "液态水"
 
 
class GaseousState(State):
    """具体状态类"""
 
    def handle(self, temperature):
        if temperature >= 100:
            return "水蒸气"
 
 
class Water:
    """上下文类（水）"""
 
    def __init__(self):
        self.state = LiquidState()
 
    def change_state(self, state):
        self.state = state
 
    def get_state(self, temperature):
        return self.state.handle(temperature)
 
 
if __name__ == '__main__':
    """
        水在 25 摄氏度时为：液态水
        水在 -5 摄氏度时为：冰
        水在 105 摄氏度时为：水蒸气
    """
    water = Water()
    print(f"水在 25 摄氏度时为：{water.get_state(25)}")
 
    water.change_state(SolidState())
    print(f"水在 -5 摄氏度时为：{water.get_state(-5)}")
 
    water.change_state(GaseousState())
    print(f"水在 105 摄氏度时为：{water.get_state(105)}")

四、优缺点

优点

• 开闭原则：无需修改已有状态类和上下文就能引入新状态
• 通过消除臃肿的状态机条件语句简化上下文代码

缺点

• 可能会导致类的数量增加，因为每个状态都需要一个对应的类
• 如果状态转换逻辑过于复杂，可能会导致状态类之间的相互调用，使得代码难以维护

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