在 C#中使用状态模式简化代码
在 C#中使用状态模式简化代码
如果你在处理处于多种状态的对象时，曾感觉被 if-else 语句或 switch 语句搞得晕头转向，那你并不孤单。这些条件判断会让代码变得一团糟——尤其是在管理对象历经不同阶段时的不同行为时更是如此。这时就该状态模式（State Pattern）登场了：它是以一种结构化、易于维护的方式来清晰管理基于状态的行为的方法。
今天，我们将以一个简单的订单处理系统为例，逐步讲解这个概念。我们会探讨如何在不堆砌 if-else 检查的情况下处理状态转换，以及状态模式如何帮助我们保持代码的整洁和可扩展性。
传统状态处理方式的问题：大量的条件判断语句
想象一个简单的订单处理系统，每个订单会经历以下几个阶段：
- 待处理（Pending）
- 已支付（Paid）
- 已发货（Shipped）
- 已送达（Delivered）
- 已取消（Cancelled）
在管理每个状态时，我们可能希望：
- 只对已支付的订单发货。
- 只对已发货的订单进行派送。
- 如果订单已送达或已取消，则阻止某些操作。
大多数人通过添加大量的 if-else 检查来处理这个问题。以下是在传统设置中它可能呈现的样子：
public classOrder
{
publicstring Status {get;set;}="Pending";
publicvoidPay()
{
if(Status =="Pending")
{
Status ="Paid";
Console.WriteLine("Order has been paid.");
}
else
{
Console.WriteLine("Cannot pay for order in current state: "+ Status);
}
}
publicvoidShip()
{
if(Status =="Paid")
{
Status ="Shipped";
Console.WriteLine("Order has been shipped.");
}
else
{
Console.WriteLine("Cannot ship order in current state: "+ Status);
}
}
publicvoidDeliver()
{
if(Status =="Shipped")
{
Status ="Delivered";
Console.WriteLine("Order has been delivered.");
}
else
{
Console.WriteLine("Cannot deliver order in current state: "+ Status);
}
}
publicvoidCancel()
{
if(Status =="Pending"|| Status =="Paid")
{
Status ="Cancelled";
Console.WriteLine("Order has been cancelled.");
}
else
{
Console.WriteLine("Cannot cancel order in current state: "+ Status);
}
}
}
这种方法有什么问题呢？
- 条件过多：每个操作都有多个检查条件。随着状态数量的增加，这些检查条件会变得更长，也更难维护。
- 逻辑分散：每个操作都必须了解所有可能的状态。这会把不同的逻辑混合在一处，使代码变得杂乱无章。
- 修改困难：如果我们添加更多的状态或操作，就必须更新代码中所有的
if-else代码块。
使用状态模式：管理状态的更好方法
状态模式允许对象根据其状态改变自身行为，方法是将每个状态的行为组织到各自的类中。通过这种方法：
- 每个状态都有一个专门的类来处理其相关操作。
- 我们可以在状态之间进行转换，而无需到处检查条件。
- 我们能够保持代码整洁、易读且易于扩展。
实现状态模式
让我们逐步进行分解。
步骤 1：创建一个状态接口 我们将定义一个接口 IOrderState，其中包含订单类（Order 类）所需的每个操作的方法（例如 Pay、Ship、Deliver、Cancel）。
public interface IOrderState
{
void Pay(Order order);
void Ship(Order order);
void Deliver(Order order);
void Cancel(Order order);
}
步骤 2：为每个状态创建类 现在，每个状态（如待处理、已支付、已发货等）都有自己的类，这些类实现 IOrderState 接口。每个类只处理在该状态下允许执行的操作。
例如，以下是待处理状态（PendingState）类可能的样子：
public classPendingState:IOrderState
{
publicvoidPay(Order order)
{
order.State =newPaidState();
Console.WriteLine("Order has been paid.");
}
publicvoidShip(Order order)=> Console.WriteLine("Cannot ship a pending order.");
publicvoidDeliver(Order order)=> Console.WriteLine("Cannot deliver a pending order.");
publicvoidCancel(Order order)
{
order.State =newCancelledState();
Console.WriteLine("Order has been cancelled.");
}
}
以下是已支付状态（PaidState）类可能的样子：
public classPaidState:IOrderState
{
publicvoidPay(Order order)=> Console.WriteLine("Order is already paid.");
publicvoidShip(Order order)
{
order.State =newShippedState();
Console.WriteLine("Order has been shipped.");
}
publicvoidDeliver(Order order)=> Console.WriteLine("Cannot deliver a paid order.");
publicvoidCancel(Order order)
{
order.State =newCancelledState();
Console.WriteLine("Order has been cancelled.");
}
}
每个状态只处理对其有意义的操作，这使得每个类都很小且易于理解。
步骤 3：将订单类定义为上下文 订单类（我们的上下文）维护当前状态。它不再进行 if-else 检查，而是将工作委托给当前状态对应的类来处理。
public classOrder
{
publicIOrderState State {get;set;}=newPendingState();
publicvoidPay()=> State.Pay(this);
publicvoidShip()=> State.Ship(this);
publicvoidDeliver()=> State.Deliver(this);
publicvoidCancel()=> State.Cancel(this);
}
现在，订单类只需将请求传递给它的状态对象，然后状态对象负责处理其余的事情。
测试基于状态的逻辑
让我们看看测试时它是什么样子的。
var order = new Order();
order.Pay(); // 输出：Order has been paid.
order.Ship(); // 输出：Order has been shipped.
order.Deliver(); // 输出：Order has been delivered.
order.Cancel(); // 输出：Cannot cancel a delivered order.
没有 if-else 语句，也没有难以理解的条件判断——只有流畅的、基于状态的转换。
状态模式的优势
- 代码条理清晰：每个状态类只处理特定状态的逻辑，所以代码更加整洁、有条理。
- 可扩展性强：如果添加更多状态，只需添加新的类，而无需更改现有逻辑。
- 可读性好：每个类都清晰地表明了在特定状态下可以做什么和不可以做什么，这使得代码更易于理解和调试。
何时使用基于状态的逻辑
在以下情况下，状态模式很有用：
- 一个对象有多个状态，且每个状态都有不同的行为。
- 根据状态执行不同操作时存在复杂的条件判断。
- 可扩展性很重要——如果你计划添加更多状态或状态转换，这种方法将为你节省时间并减少烦恼。
使用状态模式可以使代码更易于理解、维护和扩展。我们不再处理混乱繁杂的条件判断，而是创建了一个每个状态都有明确职责的系统。这种结构有助于确保随着应用程序的发展，我们的代码依然保持整洁且易于修改。
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