概念解析
所谓 状态模式 :允许一个对象在其内部发生改变时改变其行为,使这个对象看上去就像改变了它的类型一样。其适用于的场景:
- 对象行为取决于其状态,且对象的状态是可变的
- 存在很多对象场景,本身都符合1. 场景,分散为很多多分支逻辑代码
状态模式的核心是设计:控制状态切换的上下文环境类,和描述状态的状态类(管理影响状态变化的各类信息)。其类图如下:
Context
基类的核心操作做对状态进行转换, State
基类需要描述状态匹配的方法以及对象的行为。 状态模式 下需要注意的是:
- 每个状态应当设计为 单例模式
- 将所有和状态相关的行为放到单个类中(状态类),开发人员只需要关注对应类的逻辑开发即可
- 允许状态转化逻辑和状态对象合并一起:通过特殊的状态对象实现
设计模板
状态模式 下的代码模板结构如下:
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from abc import ABCMeta, abstractmethod
# 引入ABCMeta/abstractmethod 定义抽象类和抽象方法
class Context(metaclass=ABCMeta):
"""状态模式的上下文环境"""
def __init__(self):
self.__states = []
self.__curState = None
# 判断state是否发生变化的依据,如果信息很多的话可以包装为类
self.__stateInfo = None
def addState(self, state):
if (state not in self.__states):
self.__states.append(state)
def changeState(self, state):
if (state is None):
return False
if (self.__curstate is None):
print("初始化为:", state.getName())
else:
print("由", self.__curState.getName(), "变为", state.getName())
self.__curState = state
self.addState(state)
return True
def getState(self):
return self.__curState
def _setStateInfo(self, stateInfo):
self.__stateInfo = stateInfo
for state in self.__states:
if (state.isMatch(stateInfo)):
self.changeState(state)
def _getStateInfo(self):
return self.__stateInfo
class State:
"""状态基类"""
def __init__(self, name):
self.__name = name
def getName(self):
return self.__name
def isMatch(self, stateInfo):
"""关键方法:判断stateInfo是否符合当前状态范围"""
return False
@abstractmethod
def behaviour(self, context):
pass
实例分析
实例需求:实现“水”的三态变化,该对象能够根据温度变化进行状态变化,从而获得不同的行为。 对于上下文类(Water),需要实现的方法:
- 初始化方法:初始化状态和温度
- 温度切换:实现温度的上升/下降,同时切换状态
- 行为表现:根据不同状态得到对应行为
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class Water(Context):
"""水(H2O)"""
def __init__(self):
super().__init__()
self.addState(SolidState("固态"))
self.addState(LiquidState("液态"))
self.addState(GaseousState("气态"))
self.setTemperature(25)
def getTemperature(self):
return self._getStateInfo()
def setTemperature(self, temperature):
self._setStateInfo(temperature)
def riseTemperature(self, step):
self.setTemperature(self.getTemperature() + step)
def reduceTemperature(self, step):
self.setTemperature(self.getTemperature() - step)
def behavior(self):
state = self.getState()
if(isinstance(state, State)):
state.behavior(self)
# 单例的装饰器
def singleton(cls, *args, **kwargs):
"构造一个单例的装饰器"
instance = {}
def __singleton(*args, **kwargs):
if cls not in instance:
instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instance[cls]
return __singleton
@singleton
class SolidState(State):
"""固态"""
def __init__(self, name):
super().__init__(name)
def isMatch(self, stateInfo):
return stateInfo < 0
def behavior(self, context):
print("我性格高冷,当前体温", context._getStateInfo(),
"℃,我坚如钢铁,仿如一冷血动物,请用我砸人,嘿嘿……")
@singleton
class LiquidState(State):
"""液态"""
def __init__(self, name):
super().__init__(name)
def isMatch(self, stateInfo):
return (stateInfo >= 0 and stateInfo < 100)
def behavior(self, context):
print("我性格温和,当前体温", context._getStateInfo(),
"℃,我可滋润万物,饮用我可让你活力倍增……")
@singleton
class GaseousState(State):
"""气态"""
def __init__(self, name):
super().__init__(name)
def isMatch(self, stateInfo):
return stateInfo >= 100
def behavior(self, context):
print("我性格热烈,当前体温", context._getStateInfo(),
"℃,飞向天空是我毕生的梦想,在这你将看不到我的存在,我将达到无我的境界……")
# Test
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def testState():
# water = Water(LiquidState("液态"))
water = Water()
water.behavior()
water.setTemperature(-4)
water.behavior()
water.riseTemperature(18)
water.behavior()
water.riseTemperature(110)
water.behavior()
testState()