C++ 設計模式：狀態模式詳解與糖果機例子框架

模式動機

對象行為隨內部狀態改變而改變。傳統用大量 if-else 判斷狀態導致代碼臃腫、難維護、難擴展。狀態模式將每種狀態封裝為獨立類，狀態轉換由狀態類內部控制。

核心角色

• State：抽象狀態類，定義處理請求的接口 Handle(Context*)。
• ConcreteState：具體狀態類，實現特定狀態下的行為及轉換邏輯。
• Context：環境類，持有當前狀態指針 _state，委托請求給狀態對象，提供 ChangeState() 供狀態類調用。

糖果機例子框架

四種狀態：無錢、有錢、出糖、售罄。操作：投幣、退幣、轉動曲柄、發糖。每種狀態下操作行為不同（如無錢狀態下投幣轉為有錢，轉動曲柄無效）。

代碼框架

class Context; // 前向聲明
class State {
public:
    virtual void Handle(Context* pContext) = 0;
    virtual ~State() {}
protected:
    State() {}
};

class ConcreteStateA : public State {
public:
    ConcreteStateA() {}
    ~ConcreteStateA() {}
    void Handle(Context* pContext) override { /* 處理邏輯，可調用 pContext->ChangeState(new ConcreteStateB()) */ }
};

class ConcreteStateB : public State { /* 類似 */ };
class ConcreteStateC : public State { /* 類似 */ };

class Context {
public:
    Context(State* pState) : _state(pState) {}
    ~Context() { delete _state; }
    void Request() { _state->Handle(this); }
    void ChangeState(State* pState) { delete _state; _state = pState; }
private:
    State* _state;
};

優勢

• 消除巨大的條件分支，每個狀態類封裝自身邏輯。
• 狀態轉換顯式化，易於理解和維護。
• 易於增加新狀態（新增 ConcreteState 類），符合開閉原則。
• 可將狀態對象設計為單例（共享），節省內存。

適用場景

• 對象行為受狀態影響大，且狀態數較多、轉換頻繁。
• 代碼中存在大量依賴狀態的條件語句。