Название и классификация паттерна

Состояние - паттерн поведения объектов.

Назначение паттерна State

Паттерн State позволяет объекту изменять свое поведение в зависимости от внутреннего состояния. Создается впечатление, что объект изменил свой класс.

Паттерн State является объектно-ориентированной реализацией конечного автомата.

Решаемая проблема

Поведение объекта зависит от его состояния и должно изменяться во время выполнения программы. Такую схему можно реализовать, применив множество условных операторов: на основе анализа текущего состояния объекта предпринимаются определенные действия. Однако при большом числе состояний условные операторы будут разбросаны по всему коду, и такую программу будет трудно поддерживать.

Паттерн State решает указанную проблему следующим образом:

• вводит класс Context, в котором определяется интерфейс для внешнего мира;
• вводит абстрактный класс State;
• представляет различные «состояния» конечного автомата в виде подклассов State;
• в классе Context имеется указатель на текущее состояние, который изменяется при изменении состояния конечного автомата.

Паттерн State не определяет, где именно определяется условие перехода в новое состояние. Существует два варианта: класс Context или подклассы State. Преимущество последнего варианта заключается в простоте добавления новых производных классов. Недостаток заключается в том, что каждый подкласс State для осуществления перехода в новое состояние должен знать о своих соседях, что вводит зависимости между подклассами.

Существует также альтернативный таблично-ориентированный подход к проектированию конечных автоматов, основанный на использовании таблицы однозначного отображения входных данных на переходы между состояниями. Однако этот подход обладает недостатками: трудно добавить выполнение действий при выполнении переходов. Подход, основанный на использовании паттерна State, для осуществления переходов между состояниями использует код (вместо структур данных), поэтому эти действия легко добавляемы.

Структура паттерна State

Класс Context определяет внешний интерфейс для клиентов и хранит внутри себя ссылку на текущее состояние объекта State. Интерфейс абстрактного базового класса State повторяет интерфейс Context, за исключением одного дополнительного параметра - указателя на экземпляр Context. Производные от State классы определяют поведение, специфичное для конкретного состояния. Класс «обертка» Context делегирует все полученные запросы объекту «текущее состояние», который может использовать полученный дополнительный параметр для доступа к экземпляру Context.

UML-диаграмма классов паттерна State Структура паттерна Состояние показана на рис. 71.

context.setState(StateTwo);

Рис. 71. UML-диаграмма паттерна Состояние

Участники

Context - контекст:

• определяет интерфейс, представляющий интерес для клиентов;
• хранит экземпляр подкласса ConcreteState, которым определяется текущее состояние.

State - состояние: определяет интерфейс для инкапсуляции поведения, ассоциированного с конкретным состоянием контекста Context.

Подклассы StateOne, StateTwo, StateThree - конкретное состояние: каждый подкласс реализует поведение, ассоциированное с некоторым состоянием контекста Context.

Отношения

Класс Context делегирует зависящие от состояния запросы текущему объекту ConcreteState.

Контекст может передать себя в качестве аргумента объекту State, который будет обрабатывать запрос. Это дает возможность объекту-состоянию при необходимости получить доступ к контексту.

Context - это основной интерфейс для клиентов. Клиенты могут конфигурировать контекст объектами состояния State. Один раз сконфигурировав контекст, клиенты уже не должны напрямую связываться с объектами состояния.

Либо Context, либо подклассы ConcreteState могут решить, при каких условиях и в каком порядке происходит смена состояний.

Пример паттерна State

Паттерн State позволяет объекту изменять свое поведение в зависимости от внутреннего состояния. Похожая картина может наблюдаться в работе торгового автомата. Автоматы могут иметь различные состояния в зависимости от наличия товаров, суммы полученных монет, возможности размена денег и т. д. После того как покупатель выбрал и оплатил товар, возможны следующие ситуации (состояния):

• выдать покупателю товар, выдавать сдачу не требуется;
• выдать покупателю товар и сдачу;
• покупатель товар не получит из-за отсутствия достаточной суммы денег;
• покупатель товар не получит из-за его отсутствия.

Использование паттерна State

Определите существующий или создайте новый класс-«обертку» Context, который будет использоваться клиентом в качестве «конечного автомата».

Создайте базовый класс State, который повторяет интерфейс класса Context. Каждый метод принимает один дополнительный параметр: экземпляр класса Context. Класс State может определять любое полезное поведение «по умолчанию».

Создайте производные от State классы для всех возможных состояний.

Все полученные от клиента запросы класс Context просто делегирует объекту «текущее состояние», при этом в качестве дополнительного параметра передается адрес объекта Context.

Используя этот адрес, в случае необходимости методы класса State могут изменить «текущее состояние» класса Context.

Реализация паттерна State

Рассмотрим пример конечного автомата с двумя возможными состояниями и двумя событиями.

using namespace std;

class State *current; public:

void setCurrent(State *s)

void on(); void off();

virtual void on(Machine *m)

virtual void ofT(Machine *m)

void Machine::on()

current->on(this);

void Machine::off()

current->off(this);

class ON: public State

void off(Machine *m);

class OFF: public State

void on(Machine *m)

cout setCurrent(new ON()); delete this;

void ON::off(Machine *m)

cout setCurrent(new OFF()); delete this;

Machine::Machine()

current = new OFF(); cout

void(Machine:: *ptrs)() =

Machine::off, Machine::on

Machine fsm; int num; while (1)

(fsm. *ptrs}