Python與設計模式--狀態模式

一、電梯控制器

電梯在我們周邊隨處可見，電梯的控制邏輯中心是由電梯控制器實現的。電梯的控制邏輯，即使簡單點設計，把狀態分成開門狀態，停止狀態和運行狀態，操作分成開門、關門、運行、停止，那流程也是很複雜的。首先，開門狀態不能開門、運行、停止；停止狀態不能關門，停止；運行狀態不能開門、關門、運行。要用一個一個if…else…實現，首先代碼混亂，不易維護；二是不易擴展。至於各種設計原則什麼的……
那該如何實現？在上邊的邏輯中，每個操作僅僅是一個操作，狀態切換與操作是分離的，這也造成後來操作和狀態“相互配合”的“手忙腳亂”。如果把狀態抽象成一個類，每個狀態爲一個子類，每個狀態實現什麼操作，不實現什麼操作，僅僅在這個類中具體實現就可以了。
下面我們實現這個邏輯。
先實現抽象的狀態類：

class LiftState:
    def open(self):
        pass
    def close(self):
        pass
    def run(self):
        pass
    def stop(self):
        pass

而後實現各個具體的狀態類：

class OpenState(LiftState):
    def open(self):
        print "OPEN:The door is opened..."
        return self
    def close(self):
        print "OPEN:The door start to close..."
        print "OPEN:The door is closed"
        return StopState()
    def run(self):
        print "OPEN:Run Forbidden."
        return self
    def stop(self):
        print "OPEN:Stop Forbidden."
        return self
class RunState(LiftState):
    def open(self):
        print "RUN:Open Forbidden."
        return self
    def close(self):
        print "RUN:Close Forbidden."
        return self
    def run(self):
        print "RUN:The lift is running..."
        return self
    def stop(self):
        print "RUN:The lift start to stop..."
        print "RUN:The lift stopped..."
        return StopState()
class StopState(LiftState):
    def open(self):
        print "STOP:The door is opening..."
        print "STOP:The door is opened..."
        return OpenState()
    def close(self):
        print "STOP:Close Forbidden"
        return self
    def run(self):
        print "STOP:The lift start to run..."
        return RunState()
    def stop(self):
        print "STOP:The lift is stopped."
        return self

爲在業務中調度狀態轉移，還需要將上下文進行記錄，需要一個上下文的類。

class Context:
    lift_state=""
    def getState(self):
        return self.lift_state
    def setState(self,lift_state):
        self.lift_state=lift_state
    def open(self):
        self.setState(self.lift_state.open())
    def close(self):
        self.setState(self.lift_state.close())
    def run(self):
        self.setState(self.lift_state.run())
    def stop(self):
        self.setState(self.lift_state.stop())

這樣，在進行電梯的調度時，只需要調度Context就可以了。業務邏輯中如下所示：

if __name__=="__main__":
    ctx = Context()
    ctx.setState(StopState())
    ctx.open()
    ctx.run()
    ctx.close()
    ctx.run()
    ctx.stop()

打印如下：

STOP:The door is opening...
STOP:The door is opened...
OPEN:Run Forbidden.
OPEN:The door start to close...
OPEN:The dorr is closed
STOP:The lift start to run...
RUN:The lift start to stop...
RUN:The lift stopped...

由邏輯中可知，電梯先在STOP狀態，然後開門，開門時運行Run，被禁止，然後，關門、運行、停止。

二、狀態模式

狀態模式的定義如下：當一個對象內在狀態改變時允許其改變行爲，這個對象看起來像改變了其類。

三、狀態模式的優點和應用場景

優點：

1、狀態模式的優點是結構清晰，相比於if…else…簡約了不少；
2、封裝性好，外部調用不必知道內部實現細節。

應用場景：

1、行爲狀態改變的場景。這點在各種控制器中非常常見，同時，邏輯結構爲狀態轉移圖的場景中都非常適用。

四、狀態模式的缺點

1、在狀態比較多時，子類也會非常多，不便於管理。