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22、Python与设计模式--状态模式

简介: #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……
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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。
f1.png

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。

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