行为类设计模式：状态模式

一、电梯控制器

电梯在我们周边随处可见，电梯的控制逻辑中心是由电梯控制器实现的。电梯的控制逻辑，即使简单点设计，把状态分成开门状态，停止状态和运行状态，操作分成开门、关门、运行、停止，那流程也是很复杂的。首先，开门状态不能开门、运行、停止；停止状态不能关门，停止；运行状态不能开门、关门、运行。要用一个一个if…else…实现，首先代码混乱，不易维护；二是不易扩展。至于各种设计原则什么的……
那该如何实现？在上边的逻辑中，每个操作仅仅是一个操作，状态切换与操作是分离的，这也造成后来操作和状态“相互配合”的“手忙脚乱”。如果把状态抽象成一个类，每个状态为一个子类，每个状态实现什么操作，不实现什么操作，仅仅在这个类中具体实现就可以了。
下面我们实现这个逻辑。
先实现抽象的状态类：

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

而后实现各个具体的状态类：

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

为在业务中调度状态转移，还需要将上下文进行记录，需要一个上下文的类。

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())

这样，在进行电梯的调度时，只需要调度Context就可以了。业务逻辑中如下所示：

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…
由逻辑中可知，电梯先在STOP状态，然后开门，开门时运行Run，被禁止，然后，关门、运行、停止。

二、状态模式

状态模式的定义如下：当一个对象内在状态改变时允许其改变行为，这个对象看起来像改变了其类。

三、状态模式的优点和应用场景

优点：

1、状态模式的优点是结构清晰，相比于if…else…简约了不少；
2、封装性好，外部调用不必知道内部实现细节。

应用场景：

1、行为状态改变的场景。这点在各种控制器中非常常见，同时，逻辑结构为状态转移图的场景中都非常适用。

四、状态模式的缺点

1、在状态比较多时，子类也会非常多，不便于管理。