iOS App的设计模式开发中对State状态模式的运用
作者：Snow Liang
1.概述
在软件开发过程中，应用程序可能会根据不同的情况作出不同的处理。最直接的解决方案是将这些所有可能发生的情况全都考虑到。然后使用if... ellse语句来做状态判断来进行不同情况的处理。但是对复杂状态的判断就显得“力不从心了”。随着增加新的状态或者修改一个状体（if else(或switch case)语句的增多或者修改）可能会引起很大的修改，而程序的可读性，扩展性也会变得很弱。维护也会很麻烦。那么我就考虑只修改自身状态的模式。
例子1：按钮来控制一个电梯的状态，一个电梯开们，关门，停，运行。每一种状态改变，都有可能要根据其他状态来更新处理。例如，开门状体，你不能在运行的时候开门，而是在电梯定下后才能开门。
例子2：我们给一部手机打电话，就可能出现这几种情况：用户开机，用户关机，用户欠费停机，用户消户等。 所以当我们拨打这个号码的时候：系统就要判断，该用户是否在开机且不忙状态，又或者是关机，欠费等状态。但不管是那种状态我们都应给出对应的处理操作。
2.问题
对象如何在每一种状态下表现出不同的行为？
3.解决方案
状态模式：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。
在很多情况下，一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性，这样的属性叫做状态，这样的对象叫做有状态的(stateful)对象，这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会改变，从而使得系统的行为也随之发生变化。
4.示例
先给出这个例子的类结构图。
上面的类结构图并不复杂，首先是抽象出一个状态的父类，通过工作类对时间点的设置来切换不同的状态。
逻辑结构并不复杂，还是给出简易的代码，大家可以慢慢体会一下。
注意：本文所有代码均在ARC环境下编译通过。
Work类接口
#import <Foundation/Foundation.h>
@class State;
@interface Work :NSObject{
State *current;
}
@property double Hour;
@property BOOL TaskFinished;
-(void)SetState:(State*)s;
-(void)WriteProgram;
@end
Work类实现
#import "Work.h"
#import "State.h"
#import "ForenoonState.h"
@implementation Work
@synthesize Hour =_Hour;
@synthesize TaskFinished =_TaskFinished;
-(id)init{
if (self == [superinit]) {
current= [[ForenoonState alloc]init];
}
return self;
}
-(void)SetState:(State *)s{
current = s;
}
-(void)WriteProgram{
[current WriteProgram:self];
}
@end
State类接口
#import <Foundation/Foundation.h>
@class Work;
@interface State:NSObject
-(void)WriteProgram:(Work*)w;
@end
State类实现
#import "State.h"
#import "Work.h"
@implementation State
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
NSLog(@"当前时间:%f点下班回家了",[w Hour]);
}
@end
ForenoonState类接口
#import "State.h"
@interface ForenoonState :State
@end
ForenoonState类实现
#import "ForenoonState.h"
#import "Work.h"
#import "NoonState.h"
@implementation ForenoonState
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
if ([w Hour] < 12) {
NSLog(@"当前时间:%f点上午工作,精神百倍", [w Hour]);
}
else {
[w SetState:[NoonState new]];
[w WriteProgram];
}
}
@end
NoonState类接口
#import "State.h"
@interface NoonState:State
@end
NoonState类实现
#import "NoonState.h"
#import "Work.h"
#import "AfternoonState.h"
@implementation NoonState
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
if([w Hour] <13)
NSLog(@"当前时间:%f点饿了,午饭;犯困,午休",[w Hour]);
else {
[w SetState:[[AfternoonState alloc]init]];
[w WriteProgram];
}
}
@end
AfternoonState类接口
#import "State.h"
@interface AfternoonState :State
@end
AfternoonState类实现
#import "AfternoonState.h"
#import "Work.h"
#import "EveningState.h"
@implementation AfternoonState
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
if ([w Hour] <17) {
NSLog(@"当前时间:%f点下午状态还不错,继续努力", [w Hour]);
}
else {
[w SetState:[[EveningState alloc]init]];
[w WriteProgram];
}
}
@end
EveningState类接口
#import "State.h"
@interface EveningState:State
@end
EveningState类实现
#import "EveningState.h"
#import "Work.h"
#import "RestState.h"
#import "SleepingState.h"
@implementation EveningState
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
if ([w TaskFinished]) {
[w SetState:[[RestState alloc]init]];
[w WriteProgram];
}
else {
if([w Hour] <21)
NSLog(@"当前时间:%f点加班哦,疲惫之极", [w Hour]);
else {
[w SetState:[[SleepingState alloc]init]];
[w WriteProgram];
}
}
}
@end
SleepingState类接口
#import "State.h"
@interface SleepingState :State
@end
SleepingState类实现
#import "SleepingState.h"
#import "Work.h"
@implementation SleepingState
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
NSLog(@"当前时间:%f点不行了,睡着了", [w Hour]);
}
@end
RestState类接口
#import "RestState.h"
#import "Work.h"
@implementation RestState
-(void)WriteProgram:(Work *)w{
NSLog(@"当前时间:%f点下班回家了", [w Hour]);
}
@end
Main方法调用
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Work.h"
int main (int argc,const char *argv[])
{
@autoreleasepool{
Work *emergencyProjects = [[Work alloc]init];
[emergencyProjects setHour:9];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setHour:10];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setHour:12];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setHour:13];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setHour:14];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setHour:17];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setTaskFinished:NO];
[emergencyProjects setHour:19];
[emergencyProjects WriteProgram];
[emergencyProjects setHour:22];
[emergencyProjects WriteProgram];
}
return 0;
}
上面是用Objective C语言实现的简单代码。
通过这个例子，可以看到，状态模式通过把各种状态转移逻辑分布到State的子类之间，来减少相互间的依赖。当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态模式了。
5.适用性
在下面的两种情况下均可使用State模式:
1) • 一个对象的行为取决于它的状态, 并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
2) • 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句:一个操作中含有庞大的多分支的条件（if else(或switch case)语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常 , 有多个操作包含这一相同的条件结构。 State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化。
6.结构
7.模式的组成
环境类（Context）: 定义客户感兴趣的接口。维护一个ConcreteState子类的实例，这个实例定义当前状态。
抽象状态类（State）: 定义一个接口以封装与Context的一个特定状态相关的行为。
具体状态类（ConcreteState）: 每一子类实现一个与Context的一个状态相关的行为。
8.效果
State模式有下面一些效果:
状态模式的优点：
1 ) 它将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来: State模式将所有与一个特定的状态相关的行为都放入一个对象中。因为所有与状态相关的代码都存在于某一个State子类中, 所以通过定义新的子类可以很容易的增加新的状态和转换。另一个方法是使用数据值定义内部状态并且让 Context操作来显式地检查这些数据。但这样将会使整个Context的实现中遍布看起来很相似的条件if else语句或switch case语句。增加一个新的状态可能需要改变若干个操作, 这就使得维护变得复杂了。State模式避免了这个问题, 但可能会引入另一个问题, 因为该模式将不同状态的行为分布在多个State子类中。这就增加了子类的数目，相对于单个类的实现来说不够紧凑。但是如果有许多状态时这样的分布实际上更好一些, 否则需要使用巨大的条件语句。正如很长的过程一样，巨大的条件语句是不受欢迎的。它们形成一大整块并且使得代码不够清晰，这又使得它们难以修改和扩展。 State模式提供了一个更好的方法来组织与特定状态相关的代码。决定状态转移的逻辑不在单块的 i f或s w i t c h语句中, 而是分布在State子类之间。将每一个状态转换和动作封装到一个类中，就把着眼点从执行状态提高到整个对象的状态。这将使代码结构化并使其意图更加清晰。
2) 它使得状态转换显式化: 当一个对象仅以内部数据值来定义当前状态时 , 其状态仅表现为对一些变量的赋值，这不够明确。为不同的状态引入独立的对象使得转换变得更加明确。而且, State对象可保证Context不会发生内部状态不一致的情况，因为从 Context的角度看，状态转换是原子的—只需重新绑定一个变量(即Context的State对象变量)，而无需为多个变量赋值
3) State对象可被共享 如果State对象没有实例变量—即它们表示的状态完全以它们的类型来编码—那么各Context对象可以共享一个State对象。当状态以这种方式被共享时, 它们必然是没有内部状态, 只有行为的轻量级对象。
状态模式的缺点:
1) 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
2) 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。