Python状态模式的多种实现方式和设计原则

2023-04-04 00:00:00 原则状态多种

状态模式是一种行为型设计模式，它允许对象在其内部状态发生改变时改变它的行为。这种模式可以用于减少条件分支语句的数量，使代码更加灵活和可扩展。在Python中，可以使用不同的实现方式来实现状态模式，下面介绍其中几种常见的实现方式和设计原则。

使用字典实现状态转移表
状态转移表是一种数据结构，它可以表示状态之间的转移关系。在Python中，可以使用字典来表示状态转移表，如下所示：

class State:
    def run(self):
        pass

class StartState(State):
    def run(self):
        print("Starting state")

class StopState(State):
    def run(self):
        print("Stopping state")

class Context:
    def __init__(self):
        self.state = None
        self.states = {"start": StartState(), "stop": StopState()}

    def set_state(self, state):
        self.state = self.states.get(state)

    def run(self):
        if self.state:
            self.state.run()
        else:
            print("No state set")

在上面的代码中，状态模式的核心是Context类和State类。Context类维护了当前状态，并提供了一个set_state()方法用于设置状态。State类是一个抽象基类，定义了状态的接口，具体状态则继承自State类并实现其接口。状态转移表使用了字典，键表示状态的名称，值表示状态对象。在run()方法中，首先检查当前状态是否为空，如果不为空，则调用当前状态的run()方法。如果为空，则输出一条消息表示没有设置状态。

下面是一个示例演示如何使用上面的代码：

context = Context()
context.run()

context.set_state("start")
context.run()

context.set_state("stop")
context.run()

输出结果如下所示：

No state set
Starting state
Stopping state

使用装饰器实现状态转移
装饰器是一种Python特有的语法，它可以在运行时动态地修改函数或方法的行为。在状态模式中，可以使用装饰器来实现状态转移，如下所示：

class State:
    def run(self):
        pass

class StartState(State):
    def run(self, context):
        print("Starting state")
        context.set_state(StopState())

class StopState(State):
    def run(self, context):
        print("Stopping state")
        context.set_state(StartState())

class Context:
    def __init__(self):
        self.state = None

    def set_state(self, state):
        self.state = state

    @StartState()
    def run(self):
        pass

在上面的代码中，StartState()和StopState()类都继承自State类，并实现了run()方法。在StartState类的run()方法中，输出一条消息表示当前状态为“Starting state”，然后调用context.set_state()方法将状态设置为StopState类。在StopState类的run()方法中，输出一条消息表示当前状态为“Stopping state”，然后调用context.set_state()方法将状态设置为StartState类。

Context类包含了一个状态属性state，用于保存当前状态对象。set_state()方法用于设置状态。run()方法使用了装饰器@StartState()，这个装饰器将run()方法替换为一个新的方法，该方法在执行run()方法之前先将状态设置为StartState类。这样，当run()方法被调用时，它会自动进入“Starting state”状态。

下面是一个示例演示如何使用```
上面的代码：

context = Context()
context.run()

context.set_state(StopState())
context.run()

输出结果如下所示：

Starting state
Stopping state

使用函数实现状态转移
另一种实现状态模式的方式是使用函数来表示状态转移。在这种方式中，每个状态都是一个独立的函数，它接收一个Context对象作为参数，并返回下一个状态函数。如下所示：

def start_state(context):
    print("Starting state")
    return stop_state

def stop_state(context):
    print("Stopping state")
    return start_state

class Context:
    def __init__(self):
        self.state = start_state

    def run(self):
        self.state = self.state(self)

在上面的代码中，start_state()和stop_state()函数分别表示“Starting state”和“Stopping state”状态。它们都接收一个Context对象作为参数，并返回下一个状态函数。在Context类中，状态属性state被初始化为start_state函数。run()方法调用当前状态函数，并将其返回值设置为下一个状态函数。这样，当run()方法被调用时，它会执行当前状态函数，并自动进入下一个状态。

下面是一个示例演示如何使用上面的代码：

context = Context()
context.run()
context.run()
context.run()

输出结果如下所示：

Starting state
Stopping state
Starting state

设计原则：

开闭原则：状态模式可以通过添加新的状态类来扩展系统，而不需要修改现有代码。
单一职责原则：每个状态类都有自己的职责，而且不会侵犯其他状态类的职责。
依赖倒置原则：Context类依赖于State抽象类，而不是具体的状态类。这样，可以在运行时动态地更改状态对象。
迪米特法则：Context类只与State抽象类交互，不与具体的状态类交互。这样，可以降低系统的耦合度。

相关文章