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  • 使用狀態設計模式
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釋出於 2014年12月28日（最後更新：2015年1月16日）

使用狀態設計模式解決簡單的訊號燈問題

評分：3.8/5（146票）
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再次使用 IDE CodeGear C++Builder 2007

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    • 簡介

    在本文中，我將使用良好的程式設計實踐來解釋狀態（State）設計模式的用法。本文以一個我們可以在不同時間間隔下開發的簡單問題——訊號燈——為例。



    狀態模式

    它被認為是行為型模式之一，其核心思想是允許一個物件在其內部狀態改變時改變其行為。


    這裡我們可以看到狀態模式的類圖，圖中使用了合適的類名。



    圖示解釋了各個參與者及其定義。


    • 上下文（Context）| TLNetTraffic：此類可以包含不同的狀態。

    • 狀態（State）| TLState：為所有具體狀態定義一個公共介面或抽象類，它們總是實現相同的介面或繼承自同一個抽象類。

    • 具體狀態（ConcreteState）| TL {Red, Yellow, Green}：為每個具體狀態實現與上下文某一狀態相關聯的行為。


    實現

    我們必須具備足夠且必要的面向物件程式設計（OOP）知識，尤其是對指標的理解。


    ……我們定義了上下文類（Context Class），注意，它以紅燈（Red Light）狀態啟動。


    ¨TLNetTraffic.h¨ 
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    class TLNetTraffic
{
	private:
		TLState* _state;
	public:
		TLNetTraffic();
		void setState ( TLState* state );
		void Handle();
};


    ¨TLNetTraffic.cpp¨ 
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    TLNetTraffic::TLNetTraffic()
{
	_state = new TLRed(this);
}

void TLNetTraffic::setState ( TLState* state )
{
	_state = state;
}

void TLNetTraffic::Handle ()
{
	_state->Handle();
}


    ……所有可實現的狀態都共用的抽象類，使用 Handle() 方法作為狀態切換的介面，該方法應由派生類重寫。


    ¨TLState.h¨ 
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    class TLState
{
  public:
	 virtual void Handle() = 0;
};


    ……當然，每個狀態都是獨立的。請注意，這三個狀態的實現方式是相同的，但這並非總是如此，具體取決於每個狀態需要怎樣的實現。

    ¨TLRed.h¨ 
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    class TLRed: public TLState
{
	private:
		TLNetTraffic* _context;

	public:
		TLRed(TLNetTraffic* context);
		void Handle();
};


    ¨TLRed.cpp¨ 
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    TLRed::TLRed(TLNetTraffic* context): _context(context) {};

void TLRed::Handle()
{
	printf("Red Light\n");
	_context->setState( new TLGreen(_context) );
}



    ¨TLGreen.h¨ 
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    class TLGreen: public TLState
{
	private:
		TLNetTraffic* _context;

	public:
		TLGreen(TLNetTraffic* context);
		void Handle();
};


    ¨TLGreen.cpp¨ 
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    TLGreen::TLGreen(TLNetTraffic* context): _context(context) {};

void TLGreen::Handle()
{
	printf("Green Light\n");
	_context->setState( new TLYellow(_context) );
}



    ¨TLYellow.h¨ 
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    class TLYellow: public TLState
{
	private:
		TLNetTraffic* _context;

	public:
		TLYellow(TLNetTraffic* context);
		void Handle();
};


    ¨TLYellow.cpp¨ 
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    TLYellow::TLYellow(TLNetTraffic* context): _context(context) {};

void TLYellow::Handle()
{
	printf("Yellow Light\n");
	_context->setState( new TLRed(_context) );
}




    ……再次是 main 函式。我們使用 <time.h> 庫來按時間間隔改變狀態。


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    int main (int argc, char* argv[])
{
	TLNetTraffic netTraffic;

	int count = 0, i=0;
	int seconds;

	while(1)
	{
	   if (i%3==0) 
		  printf("---------\nSession %d\n---------\n", ((i+1)/3)+1 );
		   
	   if (count == 0) seconds =6, count = 1;
		   else if (count == 1) seconds = 4, count = 2;
			   else if (count == 2) seconds = 5, count = 0;

	   sleep( (clock_t)seconds * CLOCKS_PER_SEC );
	   netTraffic.Handle();
	   i++;
	}
	return 0;
}



    核心思想是按照時間間隔{紅燈（6秒），綠燈（4秒），黃燈（5秒）}無限迴圈地改變燈光狀態，模擬公路上任何交通訊號燈的正常工作，其中使用的某些資料可能不準確。


    ……當然少不了 sleep() 函式，它在每次迭代中維持時間間隔。

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    void sleep( clock_t wait )
{
   clock_t goal;
   goal = wait + clock();
   while( goal > clock() );
}


    將會產生如下輸出

    
---------
Session 1
---------
Red Light
Green Light
Yellow Light
---------
Session 2
---------
Red Light
Green Light
Yellow Light
---------
Session 3
---------
… and so on


    結論

    在當今所有的程式設計工作中，都應該正確使用各種反饋和已定義的設計模式。在我們的實現中，透過運用模式和技巧解決了一個問題，其能力得以體現。幸運的是，我會繼續為大家努力。



    關於設計模式的推薦書目

    • Steve Holzner, PhD. (2006). Design Patterns for Dummies.（《設計模式傻瓜書》）

    • Eric Freeman, Elizabeth Freeman, Kathy Sierra, Bert Bates. (2004). Your Brain on Design Patterns Head First Design Patterns.（《深入淺出設計模式》）

    • James W. Cooper. (2000). JAVATM Design Patterns : A Tutorial.（《Java設計模式：教程》）

    • Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, Jhon Vlissides. (1998). Design Patterns. Gang of Four.（《設計模式》，“四人幫”）