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23种设计模式之《状态模式（State）》在c#中的应用及理解

article 2025/3/8 12:19:52

程序设计中的主要设计模式通常分为三大类，共23种：

1. 创建型模式（Creational Patterns）

单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
工厂方法模式（Factory Method）：定义创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。
抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口，而无需指定具体类。
建造者模式（Builder）：将一个复杂对象的构建与其表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示。
原型模式（Prototype）：通过复制现有对象来创建新对象。

2. 结构型模式（Structural Patterns）

适配器模式（Adapter）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。
桥接模式（Bridge）：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。
组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。
装饰器模式（Decorator）：动态地给对象添加职责，相比生成子类更为灵活。
外观模式（Facade）：为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。
享元模式（Flyweight）：通过共享技术有效地支持大量细粒度对象。
代理模式（Proxy）：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

3. 行为型模式（Behavioral Patterns）

责任链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者与接收者耦合。
命令模式（Command）：将请求封装为对象，使你可以用不同的请求对客户进行参数化。
解释器模式（Interpreter）：给定一个语言，定义其文法的一种表示，并定义一个解释器。
迭代器模式（Iterator）：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部表示。
中介者模式（Mediator）：定义一个中介对象来封装一系列对象之间的交互。
备忘录模式（Memento）：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。
观察者模式（Observer）：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖者都会收到通知并自动更新。
状态模式（State）：允许对象在其内部状态改变时改变其行为。
策略模式（Strategy）：定义一系列算法，将它们封装起来，并使它们可以互相替换。
模板方法模式（Template Method）：定义一个操作中的算法骨架，将一些步骤延迟到子类中。
访问者模式（Visitor）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

4.模板方法模式（Template Method Pattern）解释

模板方法模式是一种行为设计模式，它定义了一个算法的框架，并允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义算法的某些步骤。模板方法模式的核心思想是将算法的通用部分放在父类中，而将可变的部分留给子类去实现。

模板方法模式的主要组成部分包括：

抽象类（Abstract Class）：定义了一个模板方法，该方法包含了算法的骨架。模板方法通常会调用一些抽象方法或钩子方法，这些方法由子类实现。
具体类（Concrete Class）：实现了抽象类中的抽象方法或钩子方法，从而具体化了算法的某些步骤。

模板方法模式的关键在于：父类控制算法的流程，子类实现具体的步骤。这种方式可以避免代码重复，并且使得算法的扩展更加灵活。

5.状态模式（State Pattern）解释

状态模式是一种行为设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为。对象看起来像是修改了它的类。状态模式将对象的行为封装在不同的状态类中，使得对象在不同的状态下有不同的行为表现。

核心思想：

将对象的状态从对象中分离出来，封装到不同的状态类中。
对象的行为依赖于它的当前状态，并且可以在运行时根据状态改变行为。
状态模式通过将状态转移逻辑分散到不同的状态类中，避免了大量的条件判断语句。

主要角色：

Context（上下文）：维护一个当前状态对象的引用，并将与状态相关的操作委托给当前状态对象。
State（状态接口）：定义一个接口，用于封装与Context的特定状态相关的行为。
ConcreteState（具体状态类）：实现State接口，定义与Context的特定状态相关的行为。

6.C# 状态模式演示代码

下面是一个简单的状态模式示例，模拟一个电灯开关的状态变化。

csharp

using System;

// 状态接口
interface IState
{
    void Handle(Context context);
}

// 具体状态类：开状态
class OnState : IState
{
    public void Handle(Context context)
    {
        Console.WriteLine("电灯已经打开，现在关闭电灯。");
        context.SetState(new OffState());
    }
}

// 具体状态类：关状态
class OffState : IState
{
    public void Handle(Context context)
    {
        Console.WriteLine("电灯已经关闭，现在打开电灯。");
        context.SetState(new OnState());
    }
}

// 上下文类
class Context
{
    private IState _currentState;

    public Context(IState state)
    {
        _currentState = state;
    }

    public void SetState(IState state)
    {
        _currentState = state;
    }

    public void Request()
    {
        _currentState.Handle(this);
    }
}

// 客户端代码
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 初始状态为关
        Context context = new Context(new OffState());

        // 模拟电灯开关操作
        context.Request(); // 打开电灯
        context.Request(); // 关闭电灯
        context.Request(); // 打开电灯
    }
}

7.代码说明

IState 接口：定义了 Handle 方法，所有具体状态类都必须实现这个方法。Handle 方法用于处理上下文对象的状态变化。
OnState 和 OffState 类：这两个类分别实现了 IState 接口，代表电灯的“开”和“关”状态。在 Handle 方法中，它们会根据当前状态改变上下文对象的状态。
Context 类：维护一个当前状态对象的引用，并通过 SetState 方法改变状态。Request 方法委托当前状态对象处理状态变化。
Program 类：客户端代码，创建了一个 Context 对象，并模拟了电灯开关的操作。每次调用 Request 方法，电灯的状态都会在“开”和“关”之间切换。

8.运行结果

电灯已经关闭，现在打开电灯。
电灯已经打开，现在关闭电灯。
电灯已经关闭，现在打开电灯。

9.总结

通过状态模式，我们将电灯的“开”和“关”状态分别封装到 OnState 和 OffState 类中，使得状态的变化更加清晰和易于扩展。如果需要添加新的状态，只需创建一个新的状态类并实现 IState 接口，而不需要修改现有的代码。这种设计模式非常适合处理对象状态复杂且状态转换频繁的场景。

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