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设计模式：状态模式 State

ds 2025/8/1 1:59:59

前言

状态是一种行为设计模式，让你能在一个对象的内部状态变化时改变其行为，使其看上去就像改变了自身所属的类一样。

问题

状态模式与有限状态机的概念紧密相关。
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其主要思想是程序在任意时刻仅可处于几种有限的状态中。在任何一个特定状态中，程序的行为都不相同，且可瞬间从一个状态切换到另一个状态。不过，根据当前状态，程序可能会切换到另外一种状态，也可能会保持当前状态不变。这些数量有限且预先定义的状态切换规则被称为转移。

你还可将该方法应用在对象上。假如你有一个文档Document 类。文档可能会处于草稿 Draft 、审阅中 Moderation 和已发布 Published 三种状态中的一种。文档的 publish 发布方法在不同状态下的行为略有不同：

• 处于草稿状态时，它会将文档转移到审阅中状态。

• 处于审阅中状态时，如果当前用户是管理员，它会公开发布文档。

• 处于已发布状态时，它不会进行任何操作。

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状态机通常由众多条件运算符（ if 或 switch ）实现，可根据对象的当前状态选择相应的行为。“状态” 通常只是对象中的一组成员变量值。即使你之前从未听说过有限状态机，你也很可能已经实现过状态模式。

当我们逐步在文档类中添加更多状态和依赖于状态的行为后，基于条件语句的状态机就会暴露其最大的弱点。为了能根据当前状态选择完成相应行为的方法，绝大部分方法中会包含复杂的条件语句。修改其转换逻辑可能会涉及到修改所有方法中的状态条件语句，导致代码的维护工作非常艰难。

这个问题会随着项目进行变得越发严重。我们很难在设计阶段预测到所有可能的状态和转换。随着时间推移，最初仅包含有限条件语句的简洁状态机可能会变成臃肿的一团乱麻。

解决方案

状态模式建议为对象的所有可能状态新建一个类，然后将所有状态的对应行为抽取到这些类中。

原始对象被称为上下文（context），它并不会自行实现所有行为，而是会保存一个指向表示当前状态的状态对象的引用，且将所有与状态相关的工作委派给该对象。
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如需将上下文转换为另外一种状态，则需将当前活动的状态对象替换为另外一个代表新状态的对象。采用这种方式是有前提的：所有状态类都必须遵循同样的接口，而且上下文必须仅通过接口与这些对象进行交互。

这个结构可能看上去与策略模式相似，但有一个关键性的不同——在状态模式中，特定状态知道其他所有状态的存在，且能触发从一个状态到另一个状态的转换；策略则几乎完全不知道其他策略的存在。

代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
using namespace std;enum User{Admin,Author
};
User global_user=Admin;class State{
public:virtual void render()=0;virtual void publish()=0;virtual ~State(){}
};
class Document{
public:void render(){m_state->render();}void publish(){m_state->publish();}void changeState(shared_ptr<State> state){m_state=state;}
private:shared_ptr<State> m_state=nullptr;
};class Published:public State{
public:void render() override{}void publish() override{}
};
class Moderation:public State{
public:void render() override{}void publish() override{}
};
class Draft:public State{
public:Draft(shared_ptr<Document> doc):m_document(doc){}void render() override{if(global_user==Admin || global_user==Author){cout<<"渲染文档"<<endl;}else{cout<<"非法用户"<<endl;}}void publish() override{if(global_user==Admin){cout<<"Admin用户在保存文档"<<endl;m_document->changeState(make_shared<Published>());}else{m_document->changeState(make_shared<Moderation>());}}
private:shared_ptr<Document> m_document=nullptr;
};int main(){auto document=make_shared<Document>();document->changeState(make_shared<Draft>(document));document->render();document->publish();return 0;
}