C++ 设计模式——状态模式
状态模式(State Pattern)是一种行为型设计模式,它允许对象在其内部状态发生变化时,动态地改变其行为。该模式的核心在于将状态相关的行为封装到独立的状态类中,使得对象的行为随状态而变化,从而减少冗余的条件判断。
1. 主要组成成分
- 上下文(Context):持有一个状态对象的引用,负责与客户端交互,并将请求委托给当前状态对象。
- 状态接口(State):定义了所有具体状态类的公共接口。
- 具体状态(Concrete State):实现了状态接口,封装了与特定状态相关的行为。
2. 逐步构建状态模式
以下是一个简单的状态模式示例,模拟一个怪物的状态变化。
1. 状态接口定义
MonsterStatus
是一个抽象类,定义了所有具体状态类必须实现的接口。Attacked
方法用于处理怪物被攻击的逻辑,接受攻击力和怪物对象的引用。
//怪物状态类的父类
class MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj) = 0;virtual ~MonsterStatus() {}
};
2. 具体状态类实现
- 每个状态类继承自
MonsterStatus
,并实现Attacked
方法。 - 使用单例模式以确保每种状态只有一个实例,减少内存开销。
//凶悍状态类
class MonsterStatus_Feroc :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Feroc* getInstance(){static MonsterStatus_Feroc instance;return &instance;}};//不安状态类
class MonsterStatus_Worr :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Worr* getInstance(){static MonsterStatus_Worr instance;return &instance;}};//恐惧状态类
class MonsterStatus_Fear :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Fear* getInstance(){static MonsterStatus_Fear instance;return &instance;}};//死亡状态类
class MonsterStatus_Dead :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Dead* getInstance(){static MonsterStatus_Dead instance;return &instance;}};
3. 上下文类的实现
Monster
类作为上下文类,持有当前状态的引用。checkAndSwitchState
方法用于根据当前生命值判断并切换状态。Attacked
方法调用当前状态的Attacked
方法。
//怪物类
class Monster
{
public:Monster(int life);~Monster();public:void Attacked(int power); //怪物被攻击public:int GetLife() //获取怪物血量{return m_life;}void SetLife(int life) //设置怪物血量{m_life = life;}MonsterStatus* getCurrentState() //获取怪物当前状态{return m_pState;}void setCurrentState(MonsterStatus* pstate) //设置怪物当前状态{m_pState = pstate;}private:int m_life; //血量(生命值)MonsterStatus* m_pState; //持有状态对象
};
4. 主函数
int main()
{Monster monster(500);cout << "怪物出生,当前处于凶悍状态,500点血!" << endl;monster.Attacked(20);monster.Attacked(100);monster.Attacked(200);monster.Attacked(170);monster.Attacked(100);monster.Attacked(100);return 0;
}
3. 状态模式 UML 图
状态模式 UML 图" />
状态模式 UML 图解析
- Context(环境类):也称为上下文类,该类的对象维护多种状态。在本例中,
Monster
类充当上下文,负责管理当前状态并委托请求给当前状态对象。 - State(抽象状态类):定义了与环境类特定状态相关的行为接口。在这里,
MonsterStatus
是抽象状态类,声明了状态相关的方法(如Attacked
),具体状态类需要实现这些方法。 - ConcreteState(具体状态类):具体状态类是抽象状态类的子类,实现与环境类该状态相关的行为。每个状态类(如
MonsterStatus_Feroc
、MonsterStatus_Worr
、MonsterStatus_Fear
和MonsterStatus_Dead
)实现了不同的Attacked
方法,表现出不同的行为。
4. 状态模式的优点
- 清晰的代码结构:通过将状态行为封装在状态对象中,避免了大量的条件语句,使代码更加清晰易读。
- 易于扩展:增加新状态只需添加新的状态类,而无需修改现有代码,符合开闭原则。
- 灵活的状态切换:状态之间的切换逻辑集中管理,便于维护和修改。
5. 状态模式的缺点
- 类数量增加:每种状态都需要一个具体的状态类,可能导致类的数量增加,从而增加系统的复杂性。
- 管理复杂性:状态之间的关系和切换逻辑可能变得难以管理,尤其是在状态较多时,可能需要额外的设计来处理状态转移。
6. 状态模式的适用场景
-
对象的行为依赖于其状态,并且可以在运行时改变状态。
-
需要避免使用大量条件语句来管理对象的状态。
-
状态的改变会影响到对象的多个方法。
-
行为依赖于状态:对象的行为依赖于其状态,并且可以在运行时改变状态。
-
避免条件语句:需要避免使用大量条件语句来管理对象的状态,特别是在状态和行为较多的情况下。
-
状态影响多个方法:状态的改变会影响到对象的多个方法,适合使用状态模式来管理这些变化。
完整代码
1. Monster.h
#ifndef __MONSTER__
#define __MONSTER__
class MonsterStatus; //类前向声明
//怪物类
class Monster
{
public:Monster(int life);~Monster();public:void Attacked(int power); //怪物被攻击public:int GetLife() //获取怪物血量{return m_life;}void SetLife(int life) //设置怪物血量{m_life = life;}MonsterStatus* getCurrentState() //获取怪物当前状态{return m_pState;}void setCurrentState(MonsterStatus* pstate) //设置怪物当前状态{m_pState = pstate;}private:int m_life; //血量(生命值)MonsterStatus* m_pState; //持有状态对象
};
#endif
2. Monster.cpp
#include <iostream>
#include "Monster.h"
#include "MonsterStatus.h"using namespace std;//构造函数,怪物的初始状态从“凶悍”开始
Monster::Monster(int life) :m_life(life), m_pState(nullptr)
{m_pState = MonsterStatus_Feroc::getInstance();
}//析构函数
Monster::~Monster(){}//怪物被攻击void Monster::Attacked(int power)
{m_pState->Attacked(power, this);
}
3. MonsterStatus.h
#ifndef __MONSTERSTATUS__
#define __MONSTERSTATUS__
class Monster; //类前向声明
//怪物状态类的父类
class MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj) = 0;virtual ~MonsterStatus() {}
};
//凶悍状态类
class MonsterStatus_Feroc :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Feroc* getInstance(){static MonsterStatus_Feroc instance;return &instance;}};//不安状态类
class MonsterStatus_Worr :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Worr* getInstance(){static MonsterStatus_Worr instance;return &instance;}};//恐惧状态类
class MonsterStatus_Fear :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Fear* getInstance(){static MonsterStatus_Fear instance;return &instance;}};//死亡状态类
class MonsterStatus_Dead :public MonsterStatus
{
public:virtual void Attacked(int power, Monster* mainobj);public:static MonsterStatus_Dead* getInstance(){static MonsterStatus_Dead instance;return &instance;}};
#endif
4. MonsterStatus.cpp
#include <iostream>
#include "Monster.h"
#include "MonsterStatus.h"using namespace std;//各个状态子类的Attacked成员函数实现代码
void MonsterStatus_Feroc::Attacked(int power, Monster* mainobj)
{int orglife = mainobj->GetLife(); //暂存原来的怪物血量值用于后续比较 if ((orglife - power) > 400) //怪物原来处于凶悍状态,现在依旧处于凶悍状态{//状态未变mainobj->SetLife(orglife - power); //怪物剩余的血量cout << "怪物处于凶悍状态中,对主角进行疯狂的反击!" << std::endl;//处理其他动作逻辑比如反击}else{//不管下个状态是啥,总之不会是凶悍状态,只可能是不安、恐惧、死亡状态之一,先无条件转到不安状态去(不安状态中会进行再次判断)mainobj->setCurrentState(MonsterStatus_Worr::getInstance());mainobj->getCurrentState()->Attacked(power, mainobj);}
}void MonsterStatus_Worr::Attacked(int power, Monster* mainobj)
{int orglife = mainobj->GetLife();if ((orglife - power) > 100) //怪物原来处于不安状态,现在依旧处于不安状态{//状态未变mainobj->SetLife(orglife - power); //怪物剩余的血量cout << "怪物处于不安状态中,对主角进行反击并呼唤支援!" << std::endl;//处理其他动作逻辑比如反击和不停的呼唤支援}else{//不管下个状态是啥,总之不会是凶悍和不安状态,只可能是恐惧、死亡状态之一,先无条件转到恐惧状态去mainobj->setCurrentState(MonsterStatus_Fear::getInstance());mainobj->getCurrentState()->Attacked(power, mainobj);}
}void MonsterStatus_Fear::Attacked(int power, Monster* mainobj)
{int orglife = mainobj->GetLife();if ((orglife - power) > 0) //怪物原来处于恐惧状态,现在依旧处于恐惧状态{//状态未变mainobj->SetLife(orglife - power); //怪物剩余的血量cout << "怪物处于恐惧状态中,处于逃跑之中!" << std::endl;//处理其他动作逻辑比如逃跑}else{//不管下个状态是啥,总之不会是凶悍、不安和恐惧状态,只可能是死亡状态mainobj->setCurrentState(MonsterStatus_Dead::getInstance());mainobj->getCurrentState()->Attacked(power, mainobj);}
}void MonsterStatus_Dead::Attacked(int power, Monster* mainobj)
{int orglife = mainobj->GetLife();if (orglife > 0){//还要把怪物生命值减掉mainobj->SetLife(orglife - power); //怪物剩余的血量//处理怪物死亡后事宜比如怪物尸体定时消失等}cout << "怪物死亡!" << std::endl;
}
5. main.cpp
#include <iostream>
#include "Monster.h"using namespace std;int main()
{Monster monster(500);cout << "怪物出生,当前处于凶悍状态,500点血!" << endl;monster.Attacked(20);monster.Attacked(100);monster.Attacked(200);monster.Attacked(170);monster.Attacked(100);monster.Attacked(100);return 0;
}
物剩余的血量
//处理怪物死亡后事宜比如怪物尸体定时消失等
}
cout << “怪物死亡!” << std::endl;
}
#### 5. main.cpp```cpp
#include <iostream>
#include "Monster.h"using namespace std;int main()
{Monster monster(500);cout << "怪物出生,当前处于凶悍状态,500点血!" << endl;monster.Attacked(20);monster.Attacked(100);monster.Attacked(200);monster.Attacked(170);monster.Attacked(100);monster.Attacked(100);return 0;
}