摘要:很明显,有有分钱没有分钱售出糖果糖果售罄四个状态,同时也对应四个动作投入分钱,退回分钱,转动曲柄和发放糖果。状态模式的类图如下状态模式是将多个行为封装在状态对象中,的行为随时可委托到其中一个状态中。
问题:有一个糖果公司需要设计一个糖果售卖机,控制流程如下图,需要怎么实现?
这是一个状态图,每个圆圈都是一种状态。很明显,有有25分钱、 没有25分钱、 售出糖果、 糖果售罄四个状态,同时也对应四个动作:投入25分钱,退回25分钱,转动曲柄和发放糖果。
那如何从状态图得到真正的代码呢?
简单代码实现如下:
#! -*- coding: utf-8 -*- class GumballMachine: # 找出所有状态,并创建实例变量来持有当前状态,然后定义状态的值 STATE_SOLD_OUT = 0 STATE_NO_QUARTER = 1 STATE_HAS_QUARTER = 2 STATE_SOLD = 3 state = STATE_SOLD_OUT def __init__(self, count=0): self.count = count if count > 0: self.state = self.STATE_NO_QUARTER def __str__(self): return "Gumball machine current state: %s" % self.state def insert_quarter(self): # 投入25分钱 if self.state == self.STATE_HAS_QUARTER: # 如果已经投过 print("You can"t insert another quarter") elif self.state == self.STATE_NO_QUARTER: # 如果没有投过 self.state = self.STATE_HAS_QUARTER print("You inserted a quarter") elif self.state == self.STATE_SOLD_OUT: # 如果已经售罄 print("You can"t insert a quarter, the machine is sold out") elif self.state == self.STATE_SOLD: # 如果刚刚买了糖果 print("Please wait, we"re already giving you a gumball") def eject_quarter(self): # 退回25分 if self.state == self.STATE_HAS_QUARTER: print("Quarter returned") self.state = self.STATE_NO_QUARTER elif self.state == self.STATE_NO_QUARTER: print("You haven"t inserted a quarter") elif self.state == self.STATE_SOLD: print("Sorry, you alread turned the crank") elif self.state == self.SOLD_OUT: print("You can"t eject, you haven"t inserted") def turn_crank(self): # 转动曲柄 if self.state == self.STATE_SOLD: print("Turning twice doesn"t get you another gumball") elif self.state == self.STATE_NO_QUARTER: print("You turned but there"s no quarter") elif self.state == self.STATE_SOLD_OUT: print("You turned, but there are no gumballs") elif self.state == self.STATE_HAS_QUARTER: print("You turned...") self.state = self.STATE_SOLD self.dispense() def dispense(self): # 发放糖果 if self.state == self.STATE_SOLD: print("A gumball comes rolling out the slot") self.count -= 1 if self.count == 0: self.state = self.STATE_SOLD_OUT else: self.state = self.STATE_NO_QUARTER elif self.state == self.STATE_NO_QUARTER: print("You need to pay first") elif self.state == self.STATE_SOLD_OUT: print("No gumball dispensed") elif self.state == self.STATE_HAS_QUARTER: print("No gumball dispensed") if __name__ == "__main__": # 以下是代码测试 gumball_machine = GumballMachine(5) # 装入5 个糖果 print(gumball_machine) gumball_machine.insert_quarter() # 投入25分钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 print(gumball_machine) gumball_machine.insert_quarter() #投入25分钱 gumball_machine.eject_quarter() # 退钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 print(gumball_machine) gumball_machine.insert_quarter() # 投入25分钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 gumball_machine.insert_quarter() # 投入25分钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 gumball_machine.eject_quarter() # 退钱 print(gumball_machine)
这段代码有几个问题:
没有遵守开放-关闭原则
更像是面向过程的设计
状态转化被埋藏在条件语句中
未来加入新的需求,需要改动的较多,不易维护,可能会出bug
如何改进呢?
考虑封装变化,把每个状态的行为都放在各自的类中,每个状态只要实现自己的动作,用加入新类的方式来实现新状态的加入。
定义State 父类,在这个类中,糖果机的每个动作都有一个应对的方法
为机器中的每个状态实现状态类,这些类将负责在对应的状态下进行机器的行为
摆脱旧的条件代码,将动作委托到状态类
新的实现代码如下:
#! -*- coding: utf-8 -*- class State: # 定义state基类 def insert_quarter(self): pass def eject_quarter(self): pass def turn_crank(self): pass def dispense(self): pass class SoldOutState(State): # 继承State 类 def __init__(self, gumball_machine): self.gumball_machine = gumball_machine def __str__(self): return "sold_out" def insert_quarter(self): print("You can"t insert a quarter, the machine is sold out") def eject_quarter(self): print("You can"t eject, you haven"t inserted a quarter yet") def turn_crank(self): print("You turned, but ther are no gumballs") def dispense(self): print("No gumball dispensed") class SoldState(State): # 继承State 类 def __init__(self, gumball_machine): self.gumball_machine = gumball_machine def __str__(self): return "sold" def insert_quarter(self): print("Please wait, we"re already giving you a gumball") def eject_quarter(self): print("Sorry, you already turned the crank") def turn_crank(self): print("Turning twice doesn"t get you another gumball") def dispense(self): self.gumball_machine.release_ball() if gumball_machine.count > 0: self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.no_quarter_state else: print("Oops, out of gumballs!") self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.soldout_state class NoQuarterState(State): # 继承State 类 def __init__(self, gumball_machine): self.gumball_machine = gumball_machine def __str__(self): return "no_quarter" def insert_quarter(self): # 投币 并且改变状态 print("You inserted a quarter") self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.has_quarter_state def eject_quarter(self): print("You haven"t insert a quarter") def turn_crank(self): print("You turned, but there"s no quarter") def dispense(self): print("You need to pay first") class HasQuarterState(State): # 继承State 类 def __init__(self, gumball_machine): self.gumball_machine = gumball_machine def __str__(self): return "has_quarter" def insert_quarter(self): print("You can"t insert another quarter") def eject_quarter(self): print("Quarter returned") self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.no_quarter_state def turn_crank(self): print("You turned...") self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.sold_state def dispense(self): print("No gumball dispensed") class GumballMachine: def __init__(self, count=0): self.count = count # 找出所有状态,并创建实例变量来持有当前状态,然后定义状态的值 self.soldout_state = SoldOutState(self) self.no_quarter_state = NoQuarterState(self) self.has_quarter_state = HasQuarterState(self) self.sold_state = SoldState(self) if count > 0: self.state = self.no_quarter_state else: self.state = self.soldout_state def __str__(self): return "Gumball machine current state: %s" % self.state def insert_quarter(self): # 投入25分钱 self.state.insert_quarter() def eject_quarter(self): # 退回25分 self.state.eject_quarter() def turn_crank(self): # 转动曲柄 self.state.turn_crank() self.state.dispense() def release_ball(self): # 发放糖果 print("A gumball comes rolling out the slot...") if self.count > 0: self.count -= 1 if __name__ == "__main__": # 以下是代码测试 gumball_machine = GumballMachine(5) # 装入5 个糖果 print(gumball_machine) gumball_machine.insert_quarter() # 投入25分钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 print(gumball_machine) gumball_machine.insert_quarter() #投入25分钱 gumball_machine.eject_quarter() # 退钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 print(gumball_machine) gumball_machine.insert_quarter() # 投入25分钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 gumball_machine.insert_quarter() # 投入25分钱 gumball_machine.turn_crank() # 转动曲柄 gumball_machine.eject_quarter() # 退钱 print(gumball_machine)
重构后的代码相对于之前的代码做了哪些事情呢?
将每个状态的行为局部话到自己的类中
删除if 语句
将状态类对修改关闭,对糖果季类对扩展开放
下图是刚初始状态图示:
上面重构部分代码使用的就是状态模式:
定义状态模式: 状态模式允许对象在内部状态改变时改变它的行为,对象看起来好像修改了它的类。
状态模式的类图如下:
状态模式是将多个行为封装在状态对象中, context 的行为随时可委托到其中一个状态中。当前状态在不同的状态对象中改变,以反映出context 内部的状态,context 的行为也会随之改变。扩展
如果,现在要在这四个状态的基础上再加一个状态(购买糖果后,有10%的概率再得一个),该如何实现呢?
# 添加WinnerState 类,只有dispense 方法不同,可以从SoldState 类继承 class WinnerState(SoldState): def __str__(self): return "winner" def dispense(self): print("You"re a WINNER! You get two gumballs for your quarter") self.gumball_machine.release_ball() if gumball_machine.count == 0: self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.soldout_state else: self.gumball_machine.release_ball() if gumball_machine.count > 0: self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.no_quarter_state else: print("Oops, out of gumballs!") self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.soldout_state # 修改turn_crank 方法 class HasQuarterState(State): ... def turn_crank(self): print("You turned...") winner = random.randint(0, 9) if winner == 4 and self.gumball_machine.count > 1: # 如果库存大于 1 并且随机数等于4(可以是0到9任意值) self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.winner_state else: self.gumball_machine.state = self.gumball_machine.sold_state # 在 GumballMachine 中初始化 class GumballMachine: def __init__(self, count=0): self.count = count # 找出所有状态,并创建实例变量来持有当前状态,然后定义状态的值 ... self.winner_state = WinnerState(self) ...总结
状态模式允许一个对象给予内部状态而拥有不同的行为
状态模式用类代表状态
Context 会将行为委托给当前状态对象
通过将每状态封装进一个类,把改变局部化
状态装欢可以由State 类或Context 类控制
使用状态模式会增加类的数目
状态类可以被多个Context 实例共享
本文例子来自《Head First 设计模式》。
最后,感谢女朋友支持和包容,比❤️
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