狀態模式

習題預習

1. State Pattern是什麼？它如何工作？

2. State Pattern和Strategy Pattern之間有哪些相似之處和不同之處？

3. State Pattern的優點是什麼？它在哪些情況下最適用？

4. State Pattern是否可以應用於多個狀態之間的轉換？如果可以，請解釋一下如何實現這種轉換。

5. 最好的例子可以用來展示State Pattern在實際應用中的效果是什麼？它是如何簡化代碼的？

說明知識

State Pattern是一種行為型設計模式，它允許物件在其內部狀態改變時動態改變其行為，並且不需要大幅修改原有物件的結構、方法組成等。這個模式的核心理念是將物件的狀態轉換成一個獨立的物件，並且不斷的調用該物件對應的方法實現狀態所對應的行為。

下面是一個以簡單宝可梦战斗为例的狀態模式：

假設有三個寶可夢，開戰前和戰鬥中的狀態是不同的：

# 開戰前狀態
class PokemonState:
    def execute(self):
        pass

class Ready(PokemonState):
    def execute(self):
        return '預備'

# 戰鬥狀態
class Battle(PokemonState):
    def execute(self):
        return '戰鬥'

然後建立主角的狀態：

class Pokemon:
    def __init__(self):
        self.current_state = Ready()

    # 切換狀態
    def switch_state(self, state):
        self.current_state = state

    def do_action(self):
        return self.current_state.execute()

實例化三只隨機的寶可夢：

pikachu = Pokemon()
charmender = Pokemon()
squirtle = Pokemon()

在各自的狀態下:

# 主角pikachu遇到敵人後
print('我要跟你戰鬥了！')
pikachu.switch_state(Battle())
print(pikachu.do_action())

输出:

我要跟你戰鬥了！
戰鬥

# 版金德遇到敵人後
print('我要跟你戰鬥了！')
charmender.switch_state(Battle())
print(charmender.do_action())

输出:

我要跟你戰鬥了！
戰鬥

# 小火龍遇到敵人後
print('我要跟你戰鬥了！')
squirtle.switch_state(Battle())
print(squirtle.do_action())

输出:

我要跟你戰鬥了！
戰鬥

這就是思路，类似的，你可以在其他場景中使用這種模式以達到更好的代碼可維護性和可擴展性。

彙總重點

State Pattern的重點如下：

1. 狀態對象：定義不同狀態下的行為和屬性。

2. 狀態接口：定義狀態的行為方法。

3. 上下文對象：持有狀態對象，根據不同狀態調用對應的方法。

4. 狀態轉換：每個狀態都有可能轉換到其他狀態。

5. 繼承：使用繼承可以減少重複代碼並提高代碼複用性。

6. 聚合：使用聚合可以實現更靈活的狀態轉換。

7. 可拓展性：可以輕鬆增加新的狀態和行為，而不需要修改現有的代碼。

8. 測試和維護：狀態模式讓代碼更具可讀性和可維護性，並使測試更容易。

知識測驗

1. 在通訊協議的高層級中，將狀態機的狀態從“等待接收”改變為“接收中”可能是因為什麼原因？
   答案：當收到帶有開始位的數據包時，狀態機的狀態會從“等待接收”變為“接收中”。

2. 在網上訂購商品的網站中，購物車的狀態會發生什麼變化？
   答案：在添加項目到購物車中時，狀態會從“空的購物車”變為“購物車中有商品”。當從購物車中移除所有項目時，狀態會回到“空的購物車”。

3. 在自動售貨機中，如果售貨機中的現金小於商品價格，呈現的狀態會是什麼？
   答案：當現金不足時，售貨機的狀態會變為“付款不足”。

4. 在遊戲中，當角色的體力值低於一定數值時，會出現什麼狀態？
   答案：當角色的體力值低於50％時，狀態會變為“虛弱”。

5. 在聊天應用程序中，當一個人正在編輯他的個人檔案時，他的狀態會是什麼？
   答案：當一個人正在編輯他的個人檔案時，他的狀態會是“編輯檔案”。