C++怎么实现一个状态模式(State)_C++设计模式与状态模式实现

状态模式通过封装不同状态行为并实现运行时切换，使对象在内部状态改变时改变其行为。示例中，DocumentContext根据当前DocumentState执行edit和publish操作，DraftState允许编辑并可转为PublishedState，而PublishedState禁止编辑且保持发布状态，避免了条件判断，提升了扩展性与维护性。

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许对象在内部状态改变时改变其行为。C++中实现状态模式的关键是将状态封装成独立的类，并通过委托的方式让上下文（Context）对象在运行时切换状态对象，从而改变其行为。

状态模式的核心思想

将与特定状态相关的行为局部化到对应的状态类中，避免在上下文中使用大量的条件判断语句（如 if/else 或 switch）。当对象的内在状态改变时，它的行为也随之改变，看起来就像改变了类一样。

• Context：拥有一个当前状态对象的引用，所有状态相关的请求都委托给当前状态对象处理。
• State：定义一个接口，封装与 Context 的某个状态相关的行为。
• ConcreteStateA/B：具体的状态实现类，实现 State 接口中定义的行为。

基本结构代码实现

下面是一个简单的 C++ 示例，模拟一个文档编辑器的状态切换（例如“草稿”和“已发布”状态）：

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#include 
#include 

// 前向声明
class DocumentContext;

// 抽象状态类
class DocumentState {
public:
    virtual ~DocumentState() = default;
    virtual void edit(DocumentContext& ctx) = 0;
    virtual void publish(DocumentContext& ctx) = 0;
};

// 具体上下文类（需要前向声明后定义）
class DocumentContext {
private:
    std::shared_ptr currentState;

public:
    DocumentContext(std::shared_ptr state)
        : currentState(state) {}

    void setState(std::shared_ptr state) {
        currentState = state;
    }

    void edit() {
        currentState->edit(*this);
    }

    void publish() {
        currentState->publish(*this);
    }

    std::shared_ptr getState() const {
        return currentState;
    }
};

// 草稿状态
class DraftState : public DocumentState {
public:
    void edit(DocumentContext& ctx) override {
        std::cout << "正在编辑文档（草稿状态）。\n";
    }

    void publish(DocumentContext& ctx) override {
        std::cout << "提交文档审核...\n";
        // 模拟审核通过，切换为已发布状态
        ctx.setState(std::make_shared());
    }
};

// 已发布状态
class PublishedState : public DocumentState {
public:
    void edit(DocumentContext& ctx) override {
        std::cout << "文档已发布，无法编辑！\n";
    }

    void publish(DocumentContext& ctx) override {
        std::cout << "文档已经是发布状态。\n";
    }
};

使用示例

测试上面的状态切换逻辑：

int main() {
    auto draft = std::make_shared();
    DocumentContext doc(draft);

    doc.edit();      // 输出：正在编辑文档（草稿状态）
    doc.publish();   // 输出：提交文档审核...

    doc.edit();      // 输出：文档已发布，无法编辑！
    doc.publish();   // 输出：文档已经是发布状态。

    return 0;
}

优点与适用场景

这种实现方式的优点在于：

• 消除复杂的条件判断：不同状态的行为被分散到各自的类中，代码更清晰。
• 易于扩展新状态：添加新的状态只需新增一个类并实现接口，符合开闭原则。
• 状态转换显式可控：可以在状态内部或上下文中控制何时切换状态。

适用于有明确状态转换逻辑的系统，比如订单状态机、游戏角色状态、UI 控件状态等。

基本上就这些。状态模式通过多态和组合，把变化的状态行为隔离，让程序更灵活、可维护。