狀態模式

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State Pattern 物件行為型模式

意圖

允許一個物件在其內部狀態改變時改變它的行為。物件看起來似乎修改了它的類別。

結構

狀態模式

其中：

Context (上下文) 定義用戶感興趣的介面：維護一個 ConcreteState 子類別的實例，這個實例定義當前狀態。
State (狀態) 定義一個介面以封裝與 Context 的一個特定狀態相關的行為。
ConcreteState (具體狀態子類別) 每個子類別實作與 Context 的一個狀態相關的行為。

適用性

一個物件的行為取決於它的狀態，並且它必須在執行時期根據狀態改變其行為。
一個操作中含有龐大的多分支條件語句，且這些分支依賴於該物件的狀態。這個狀態常用一個或多個列舉常數表示。通常，有多個操作包含相同的條件結構，State 模式將每一個條件分支放入一個獨立的類別中。這使得開發者可以根據物件自身的情況將物件的狀態作為一個物件，該物件可以不依賴於其他物件獨立變化。

範例 1

某大型商場內安裝了多台簡易的面紙販賣機，自動販售 2 元一包的面紙，且每次僅售出一包面紙。面紙販賣機的狀態圖如下圖所示：

狀態模式-例1-圖1

採用狀態 (State) 模式來實作該面紙販賣機，得到如下圖所示的類別圖。其中類別 State 為抽象類別，定義了投幣、退幣、出面紙等方法介面。類別 SoldState、SoldOutState、NoQuarterState 和 HasQuarterState 分別對應上圖中面紙販賣機的 4 種狀態：售出面紙、面紙售完、尚未投幣、已投 2 元。

狀態模式-例1-圖2

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import java.util.*;

interface State {
    public void insertQuarter();    // 投幣
    public void ejectQuarter();     // 退幣
    public void turnCrank();        // 按下「出面紙」按鈕
    public void dispense();         // 出面紙
}
class TissueMachine {
    State soldOutState, noQuarterState, hasQuarterState, soldState, state;
    state = soldOutState;
    int count = 0; // 面紙數量
    public TissueMachine(int numbers) { /* 實作程式碼省略 */ }
    public State getHasQuarterState() { return hasQuarterState; }
    public State getNoQuarterState() { return noQuarterState; }
    public State getSoldState() { return soldState; }
    public State getSoldOutState() { return soldOutState; }
    public int getCount() { return count; }
// 其餘程式碼省略
}

class NoQuarterState implements State {
    TissueMachine tissueMachine;
    public void insertQuarter() {
        tissueMachine.setState(tissueMachine.getHasQuarterState());
    }
// 建構方法以及其餘程式碼省略
}

class HasQuarterState implements State {
    TissueMachine tissueMachine;
    public void ejectQuarter() {
        tissueMachine.setState(tissueMachine.getNoQuarterState());
    }
// 建構方法以及其餘程式碼省略
}

class SoldState implements State {
    TissueMachine tissueMachine;
    public void dispense() {
        if (tissueMachine.getCount() > 0) {
            tissueMachine.setState(tissueMachine.getNoQuarterState());
        } else {
            tissueMachine.setState(tissueMachine.getSoldOutState()); }
    }
}

範例 2

某航空公司的會員點數系統將其會員劃分為：普卡 (Basic)、銀卡 (Silver) 和金卡 (Gold) 三個等級。非會員 (NonMember) 可以申請成為普卡會員。會員的等級根據其一年內累積的哩程數進行調整。描述會員等級調整的狀態圖如下圖所示：

狀態模式-例2-圖1

現採用狀態 (State) 模式實作上述場景，得到如下圖所示的類別圖：

狀態模式-例2-圖2

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import java.util.*;

abstract class CState {
    public int flyMiles; // 哩程數
    public abstract double travel(int miles, CFrequentFlyer context);          // 根據累積哩程數調整會員等級
}

class CNoCustomer extends CState { // 非會員
    public double travel(int miles, CFrequentFlyer context) {
        System.out.println("Your travel will not account for points");
        return miles; // 不累積哩程數
    }
}

class CBasic extends CState { // 普卡會員
    public double travel(int miles, CFrequentFlyer context) {
        if (context.flyMiles >= 25000 && context.flyMiles < 50000)
            context.setState(new CSilver());
        if (context.flyMiles >= 50000)
            context.setState(new CGold());
        return miles;
    }
}

class CGold extends CState { // 金卡會員
    public double travel(int miles, CFrequentFlyer context) {
        if (context.flyMiles >= 25000 && context.flyMiles < 50000)
            context.setState(new CSilver());
        if (context.flyMiles < 25000);
        context.setState(new CBasic());
        return miles + 0.5 * miles; // 累積哩程數
    }
}

class CSilver extends CState { // 銀卡會員
    public double travel(int miles, CFrequentFlyer context) {
        if (context.flyMiles <= 25000)
            context.setState(new CBasic());
        if (context.flyMiles >= 50000)
            context.setState(new CGold());
        return (miles + 0.25 * miles); // 累積哩程數
    }
}

class CFrequentFlyer {
    CState state;
    double flyMiles;
    public CFrequentFlyer() {
        state = new CNoCustomer();
        flyMiles = 0;
        setState(state);
    }
    public void setState(CState state) { this.state = state; }
    public void travel(int miles) {
        double bonusMiles = state.travel(miles, this);
        flyMiles = flyMiles + bonusMiles;
    }
}

範例 3

自動販賣機，有貨與無貨。

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public class StatePattern {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();

        context.Request(); // count = 2
        context.Request(); // count = 1
        context.Request(); // count = 0

        context.Request(); // switch to State A

        context.Request(); // count = 4
    }
}

class Context{ // 販賣機
    private int count;
    private State state;

    public Context(){
        count = 3;
        state = new StateA();
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public State getState() {
        return state;
    }

    public void setCount(int count) {
        this.count = count;
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void Request(){ // 購買飲料
        state.Handle(this);
    }
}

interface State{
    public void Handle(Context context);
}

class StateA implements State{ // 有貨
    @Override
    public void Handle(Context context){
        int count = context.getCount();

        if(count >= 1){
            context.setCount(count - 1);
            System.out.println("Complete! あと" + context.getCount() + "個");
            if(context.getCount() == 0){
                context.setState(new StateB());
            }
        }else{
            System.out.println("Refused!");
        }
    }
}

class StateB implements State{ // 無貨
    @Override
    public void Handle(Context context){
        int count = context.getCount();

        if(count == 0){
            System.out.println("Refused!");
            context.setCount(5);
            System.out.println("Please try again");
            context.setState(new StateA());
        }else {
            context.setState(new StateA());
            context.Request();
        }
    }
}