[Design Pattern] STATE 模式

我們就以工程師的一天：Eat、Coding、Sleep 三種狀態，來示範 STATE 模式
STATE 模式是由以下三個部分組成：

1. Context：用來控制所有的狀態，其會是與客戶端的接口，客戶端只會與 Context 互動
2. State：定義各個狀態的抽象方法，ConcreteState 會繼承 State 並實作其方法
3. ConcreteState：Eat、Coding、Sleep，三種狀態的實作

定義 Context

用列舉定義狀態

因我們有三種 State，所以我用列舉定義出 State，待會 Context 裡的 GetState 方法會用到

namespace DemoCode.DesignPattern.State
{
    /// <summary>
    /// 狀態定義
    /// </summary>
    public enum StateEnum
    {
        Eat,
        Sleep,
        Coding
    }
}

定義 Context

定義客戶端的接口 Context，其為所有狀態的控制中心，客戶端只能透過它執行各狀態的行為

using System;
namespace DemoCode.DesignPattern.State
{
    /// <summary>
    /// 工程師
    /// </summary>
    public class SoftwareEngineer
    {
        private State _itsState;
        private Eat _eatState;
        private Sleep _sleepState;
        private Coding _codeingState;

        /// <summary>
        /// 工程師
        /// </summary>
        public SoftwareEngineer()
        {
            this._eatState = new Eat();
            this._sleepState = new Sleep();
            this._codeingState = new Coding();

            // 預設狀態從吃飯開始
            this._itsState = this._eatState;
        }

        /// <summary>
        /// 取得當前狀態
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public string GetCurrentStateName()
        {
            Console.WriteLine($"現在狀態：{this._itsState.StateName()}");

            return this._itsState.StateName();
        }

        /// <summary>
        /// 取得狀態
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        /// <returns></returns>
        public State GetState(StateEnum state)
        {
            switch (state)
            {
                case StateEnum.Eat:
                    return this._eatState;

                case StateEnum.Sleep:
                    return this._sleepState;

                case StateEnum.Coding:
                    return this._codeingState;

                default:
                    throw new ArgumentException();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 設定狀態
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        public void SetState(State state)
        {
            this._itsState = state;
        }

        /// <summary>
        /// 行為
        /// </summary>
        public void Action()
        {
            this._itsState.Action(this);
        }
    }
}

定義 State

定義基底類別，各狀態類別會繼承此類別，並實作其方法

namespace DemoCode.DesignPattern.State
{
    public abstract class State
    {
        /// <summary>
        /// 狀態名稱
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public abstract string StateName();

        /// <summary>
        /// 行為
        /// </summary>
        public virtual void Action(SoftwareEngineer softwareEngineer)
        {

        }
    }
}

實作 ConcreteState

這邊放上 Eat.cs 的程式碼，其他兩種狀態差不多
每個狀態類別實作基底類別宣告的方法，並自行決定完成動作後，下個狀態為何

using System;
namespace DemoCode.DesignPattern.State
{
    /// <summary>
    /// 吃飯
    /// </summary>
    public class Eat : State
    {
        /// <summary>
        /// 當前狀態名稱
        /// </summary>
        /// <returns>當前狀態名稱</returns>
        public override string StateName()
        {
            return "Eat";
        }

        /// <summary>
        /// 開始動作
        /// </summary>
        /// <param name="softwareEngineer"></param>
        public override void Action(SoftwareEngineer softwareEngineer)
        {
            Console.WriteLine("該吃飯了");

            // 更改狀態
            Console.WriteLine("吃完飯該寫程式了");
            var nextState = softwareEngineer.GetState(StateEnum.Coding);
            softwareEngineer.SetState(nextState);
        }
    }
}

結果

namespace DemoCode
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var engineer = new SoftwareEngineer();
            Console.WriteLine("Step01:");
            engineer.GetCurrentStateName();
            engineer.Action();

            Console.WriteLine("Step02:");
            engineer.GetCurrentStateName();
            engineer.Action();

            Console.WriteLine("Step03:");
            engineer.GetCurrentStateName();
            engineer.Action();

            Console.WriteLine("Step04:");
            engineer.GetCurrentStateName();
            engineer.Action();
        }
    }
}

Step01:
現在狀態：Eat
該吃飯了
吃完飯該寫程式了
Step02:
現在狀態：Coding
該寫程式了
寫完程式該睡覺了
Step03:
現在狀態：Sleep
該睡覺了
睡完覺該吃飯了
Step04:
現在狀態：Eat
該吃飯了
吃完飯該寫程式了

完整程式碼請參考

結論

STATE 模式的好處是將各 State 的邏輯分離，在管理複雜的系統行為時很有幫助
而 STATE 模式與 STRATEGY 模式看起來很相近，但差別在於，前者知道各 State 的存在，且能透過 Context 進行修改，後者則相反。如下圖可看出，Context 並不知道是哪個 Contrete Strategy 實作 method 的，而 State 會知道

Strategy 模式

參考

STATE 模式．無瑕的程式碼 敏捷完整篇：物件導向原則、設計模式與 C# 實踐
wiki - state pattern
狀態模式-State Pattern
狀態模式 | State Pattern
[Design Pattern] State 狀態模式