生活中的状态模式——水之三态

生活中的状态模式——水之三态

什么是状态？

状态即事物所处的某一种形态。状态模式是说一个对象在其内部状态发生改变时，其表现的行为和外在属性不一样，这个对象看上去就像是改变了它的类型一样。因此，状态模式又称为对象的行为模式。

如我们生活中经常见到的水，就有三种不同状态冰、水、水蒸汽，三种状态所表现的外在性质完全不一样：1.冰，质坚硬，无流动性，表面光滑；2.水，具有流动性；3.水蒸汽，肉眼看不见，却存在于空气中，质轻。这三种状态特性是不相差巨大？简直就不像是同一种物质的，但事实却是不管它是在什么状态，其特里组成都是一样的，都是水分子(H2O)。

水

以水为例说状态模式

你还记得初中物理学书上的这副图吗?水有三种状态：固、液、气，三种状态表现出不同的特性和行为，它们之间的转换也伴随着一着热力学的现象。现在要用程序来模拟水的三种状态和相互转换，要如何实现呢？

水之三态

我们从对象的角度来考虑会有哪个类，首先不管它是什么状态始终是水(H2O)，所以会有一个Water类；而它又有三种状态，我们可以定义三个状态类：SolidState、LiquidState、GaseousState；从SolidState、LiquidState、GaseousState这三个单词中我们会发现都有一个State后缀，于是我们会想它们之间是否有一些共性，能否提取出一个更抽象的类，这个类就是状态类(State)。这些类之间的关系大致如下：

水与状态之间的类图关系

Ok，我们已经知道了大概的关系，那就开始Coding实现吧，在实现的过程中不断完善……

Water.h：#ifndef __WATER_H__#define __WATER_H__//===============================================================class State;//===============================================================class Water{public:    Water();    Water(State* pState, const string& strName);    ~Water();public:    //改变状态    bool ChangeState(State* pState);    //设置温度    void SetTemperature(int nTemperature);    //获取温度    int GetTemperature();    //升温，nStep升高的幅度    void RiseTemperature(int nStep);    //降温，nStep降低的幅度    void ReduceTemperature(int nStep);    //获取名称    string GetName();    //水的作用(功效)    void DoWork();private:    int         m_nTemperature;         //水温    string      m_strName;              //名称    State*      m_pState;               //状态};#endif  //__WATER_H__State.h：#ifndef __STATE_H__#define __STATE_H__//===============================================================class Water;//===============================================================class State{public:    virtual ~State() { }    //某一状态下表现的行为，用途    virtual void DoWork(Water* pWater) = 0;    virtual string GetStateName();protected:    State(const string& strName) : m_strStateName(strName){}    string m_strStateName;};class SolidState : public State{public:    static SolidState* GetInstance();    virtual void DoWork(Water* pWater);private:    SolidState(const string& strName) : State(strName) { }    static SolidState* s_pSolidState;    class CGarbo{    public:        ~CGarbo()        {            if (SolidState::s_pSolidState != NULL)            {                delete SolidState::s_pSolidState;            }        }    };    static CGarbo s_Carbo;};class LiquidState : public State{public:    static LiquidState* GetInstance();    virtual void DoWork(Water* pWater);private:    LiquidState(const string& strName) : State(strName) { }    static LiquidState* s_pLiquidState;    class CGarbo{    public:        ~CGarbo()        {            if (LiquidState::s_pLiquidState != NULL)            {                delete LiquidState::s_pLiquidState;            }        }    };    static CGarbo s_Carbo;};class GaseousState : public State{public:    static GaseousState* GetInstance();    virtual void DoWork(Water* pWater);private:    GaseousState(const string& strName) : State(strName){ }    static GaseousState* s_pGaseousState;    class CGarbo{    public:        ~CGarbo()        {            if (GaseousState::s_pGaseousState != NULL)            {                delete GaseousState::s_pGaseousState;            }        }    };    static CGarbo s_Carbo;};#endif  //__STATE_H__Water.cpp：#include "stdafx.h"#include "Water.h"#include "State.h"Water::Water() : m_pState(NULL), m_strName("水(H2O)"){    SetTemperature(25);}Water::Water( State* pState, const string& strName) : m_nTemperature(0), m_pState(pState), m_strName(strName){    if (m_pState->GetStateName().compare("固态") == 0)    {        m_nTemperature = -25;    } else if (m_pState->GetStateName().compare("液态") == 0)    {        m_nTemperature = 25;    } else if (m_pState->GetStateName().compare("气态") == 0)    {        m_nTemperature = 125;    }}Water::~Water(){}bool Water::ChangeState( State* pState ){    if (!pState)    {        return false;    }    if (!m_pState)    {        cout << "初始化为" << pState->GetStateName() << endl;    } else    {        cout << "由" << m_pState->GetStateName() << "变为" << pState->GetStateName() << endl;    }    m_pState = pState;    return true;}void Water::SetTemperature( int nTemperature ){    m_nTemperature = nTemperature;    if (m_nTemperature <= 0)    {        ChangeState(SolidState::GetInstance());    } else if (m_nTemperature > 0 && m_nTemperature <= 100)    {        ChangeState(LiquidState::GetInstance());    } else    {        ChangeState(GaseousState::GetInstance());    }}int Water::GetTemperature(){    return m_nTemperature;}void Water::RiseTemperature( int nStep ){    SetTemperature(m_nTemperature + nStep);}void Water::ReduceTemperature( int nStep ){    SetTemperature(m_nTemperature - nStep);}std::string Water::GetName(){    return m_strName;}void Water::DoWork(){    if (m_pState)    {        m_pState->DoWork(this);    }}State.cpp：#include "stdafx.h"#include "State.h"#include "Water.h"string State::GetStateName(){    return m_strStateName;}//===============================================================SolidState* SolidState::s_pSolidState = NULL;LiquidState* LiquidState::s_pLiquidState = NULL;GaseousState* GaseousState::s_pGaseousState = NULL;//===============================================================SolidState* SolidState::GetInstance(){    if (!s_pSolidState)    {        s_pSolidState = new SolidState("固态");    }    return s_pSolidState;}void SolidState::DoWork( Water* pWater ){    cout << "我性格高冷，当前体温" << pWater->GetTemperature() << "摄氏度，"    << "我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……" << endl;}LiquidState* LiquidState::GetInstance(){    if (!s_pLiquidState)    {        s_pLiquidState = new LiquidState("液态");    }    return s_pLiquidState;}void LiquidState::DoWork( Water* pWater ){    cout << "我性格温和，当前体温" << pWater->GetTemperature() << "摄氏度，"    << "我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……" << endl;}GaseousState* GaseousState::GetInstance(){    if (!s_pGaseousState)    {        s_pGaseousState = new GaseousState("气态");    }    return s_pGaseousState;}void GaseousState::DoWork( Water* pWater ){    cout << "我性格热烈，当前体温" << pWater->GetTemperature() << "摄氏度，"    << "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……" << endl;}测试代码：void TestStateDesign(){    Water water;    water.DoWork();    water.SetTemperature(-4);    water.DoWork();    water.RiseTemperature(8);    water.DoWork();    water.RiseTemperature(110);    water.DoWork();    water.ReduceTemperature(130);    water.DoWork();}

结果如下：

初始化为液态

我性格温和，当前体温25摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……

由液态变为固态

我性格高冷，当前体温-4摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……

由固态变为液态

我性格温和，当前体温4摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……

由液态变为气态

我性格热烈，当前体温114摄氏度，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……

由气态变为固态

我性格高冷，当前体温-16摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……

好了，上面的程序已经完美地帮我们完成了水的三种状态及其转变的模拟。我们再来整理一个上面的代码中的类图结构，如下图：

水与状态之间的类图关系

SolidState、LiquidState、GaseousState三个类用了单例的模式，因为状态只需要一个对象就可以了，这三个类中CGarbo是一个内部类，只为了释放静态对象，关于单例模式的用法，可以参考《生活中的单例——不是单身》。Water中的ChangeState可方便地进行三种状态之间的转换。

状态模式总结

通过上面一个生活中的例子，应该很容易能明白状态模式吧！其实也简单，其结构关系如下：

状态模式结构图

Behavior是不同一个对象在不同状态下的行为(如DoWork)，ChangeState用于改变对象的状态，Request则是操作请求(如RiseTemperature和)。