8.19 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)對(duì)象或者狀態(tài)機(jī)

問(wèn)題

你想實(shí)現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)機(jī)或者是在不同狀態(tài)下執(zhí)行操作的對(duì)象，但是又不想在代碼中出現(xiàn)太多的條件判斷語(yǔ)句。

解決方案

在很多程序中，有些對(duì)象會(huì)根據(jù)狀態(tài)的不同來(lái)執(zhí)行不同的操作。比如考慮如下的一個(gè)連接對(duì)象：

class Connection:
    """普通方案，好多個(gè)判斷語(yǔ)句，效率低下~~"""

    def __init__(self):
        self.state = 'CLOSED'

    def read(self):
        if self.state != 'OPEN':
            raise RuntimeError('Not open')
        print('reading')

    def write(self, data):
        if self.state != 'OPEN':
            raise RuntimeError('Not open')
        print('writing')

    def open(self):
        if self.state == 'OPEN':
            raise RuntimeError('Already open')
        self.state = 'OPEN'

    def close(self):
        if self.state == 'CLOSED':
            raise RuntimeError('Already closed')
        self.state = 'CLOSED'

這樣寫(xiě)有很多缺點(diǎn)，首先是代碼太復(fù)雜了，好多的條件判斷。其次是執(zhí)行效率變低，因?yàn)橐恍┏Ｒ?jiàn)的操作比如read()、write()每次執(zhí)行前都需要執(zhí)行檢查。

一個(gè)更好的辦法是為每個(gè)狀態(tài)定義一個(gè)對(duì)象：

class Connection1:
    """新方案——對(duì)每個(gè)狀態(tài)定義一個(gè)類"""

    def __init__(self):
        self.new_state(ClosedConnectionState)

    def new_state(self, newstate):
        self._state = newstate
        # Delegate to the state class

    def read(self):
        return self._state.read(self)

    def write(self, data):
        return self._state.write(self, data)

    def open(self):
        return self._state.open(self)

    def close(self):
        return self._state.close(self)

# Connection state base class
class ConnectionState:
    @staticmethod
    def read(conn):
        raise NotImplementedError()

    @staticmethod
    def write(conn, data):
        raise NotImplementedError()

    @staticmethod
    def open(conn):
        raise NotImplementedError()

    @staticmethod
    def close(conn):
        raise NotImplementedError()

# Implementation of different states
class ClosedConnectionState(ConnectionState):
    @staticmethod
    def read(conn):
        raise RuntimeError('Not open')

    @staticmethod
    def write(conn, data):
        raise RuntimeError('Not open')

    @staticmethod
    def open(conn):
        conn.new_state(OpenConnectionState)

    @staticmethod
    def close(conn):
        raise RuntimeError('Already closed')

class OpenConnectionState(ConnectionState):
    @staticmethod
    def read(conn):
        print('reading')

    @staticmethod
    def write(conn, data):
        print('writing')

    @staticmethod
    def open(conn):
        raise RuntimeError('Already open')

    @staticmethod
    def close(conn):
        conn.new_state(ClosedConnectionState)

下面是使用演示：

>>> c = Connection()
>>> c._state
<class '__main__.ClosedConnectionState'>
>>> c.read()
Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
    File "example.py", line 10, in read
        return self._state.read(self)
    File "example.py", line 43, in read
        raise RuntimeError('Not open')
RuntimeError: Not open
>>> c.open()
>>> c._state
<class '__main__.OpenConnectionState'>
>>> c.read()
reading
>>> c.write('hello')
writing
>>> c.close()
>>> c._state
<class '__main__.ClosedConnectionState'>
>>>

討論

如果代碼中出現(xiàn)太多的條件判斷語(yǔ)句的話，代碼就會(huì)變得難以維護(hù)和閱讀。這里的解決方案是將每個(gè)狀態(tài)抽取出來(lái)定義成一個(gè)類。

這里看上去有點(diǎn)奇怪，每個(gè)狀態(tài)對(duì)象都只有靜態(tài)方法，并沒(méi)有存儲(chǔ)任何的實(shí)例屬性數(shù)據(jù)。實(shí)際上，所有狀態(tài)信息都只存儲(chǔ)在 Connection 實(shí)例中。在基類中定義的 NotImplementedError 是為了確保子類實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的方法。這里你或許還想使用8.12小節(jié)講解的抽象基類方式。

設(shè)計(jì)模式中有一種模式叫狀態(tài)模式，這一小節(jié)算是一個(gè)初步入門(mén)！