C# 設計模式無廢話系列（十六）：State 狀態模式

意圖

允許對象在內部狀態改變時改變行為，彷彿修改了其類別。

適用場景

網路書店會員制度：消費達標升級銀/金會員，不同等級享不同折扣。若在 User.BuyBook 中用條件判斷等級折扣，問題：

• 折扣率常變 → 改 User 類。
• 新增鑽石/白金會員 → 改 User 類。
• User 承擔等級判斷、折扣計算等複雜邏輯 → 可維護性差。

引入 State 模式，將對象與狀態分離，狀態轉換與行為交由具體狀態類處理。

完整範例程式碼

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace StateExample
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            User user = new User("zhuye");
            user.BuyBook(2000);
            user.BuyBook(2000);
            user.BuyBook(2000);
            user.BuyBook(2000);
        }
    }

    class User
    {
        public UserLevel UserLevel { get; set; }
        string userName;
        double paidMoney;
        public double PaidMoney => paidMoney;

        public User(string userName)
        {
            this.userName = userName;
            paidMoney = 0;
            UserLevel = new NormalUser(this);
        }

        public void BuyBook(double amount)
        {
            Console.WriteLine($"Hello {userName}, You have paid ${paidMoney}, You Level is {UserLevel.GetType().Name}.");
            double real = UserLevel.CalcRealAmount(amount);
            Console.WriteLine($"You only paid ${real} for this book.");
            paidMoney += real;
            UserLevel.StateCheck();
        }
    }

    abstract class UserLevel
    {
        protected User user;
        public UserLevel(User user) { this.user = user; }
        public abstract void StateCheck();
        public abstract double CalcRealAmount(double amount);
    }

    class DiamondUser : UserLevel
    {
        public DiamondUser(User user) : base(user) { }
        public override double CalcRealAmount(double amount) => amount * 0.7;
        public override void StateCheck() { } // 最高級無上遷
    }
    class GoldUser : UserLevel
    {
        public GoldUser(User user) : base(user) { }
        public override double CalcRealAmount(double amount) => amount * 0.8;
        public override void StateCheck() { if (user.PaidMoney > 5000) user.UserLevel = new DiamondUser(user); }
    }
    class SilverUser : UserLevel
    {
        public SilverUser(User user) : base(user) { }
        public override double CalcRealAmount(double amount) => amount * 0.9;
        public override void StateCheck() { if (user.PaidMoney > 2000) user.UserLevel = new GoldUser(user); }
    }
    class NormalUser : UserLevel
    {
        public NormalUser(User user) : base(user) { }
        public override double CalcRealAmount(double amount) => amount * 0.95;
        public override void StateCheck() { if (user.PaidMoney > 1000) user.UserLevel = new SilverUser(user); }
    }
}

程式碼執行結果

程式碼解析

• User：Context（環境角色），持有 UserLevel 實例，對外提供 BuyBook。
• UserLevel：抽象狀態，定義行為介面（CalcRealAmount、StateCheck），持有 Context 參考以便修改其狀態。
• NormalUser/SilverUser/GoldUser/DiamondUser：具體狀態，實作折扣與升級邏輯。
• 狀態轉換在具體狀態中執行（StateCheck），形成有序鏈，僅前後狀態產生依賴。若移除 DiamondUser，GoldUser 的 StateCheck 留空即可；未來新增只需改 GoldUser。
• 實務可在抽象狀態引入 Template Method：對外公開模板方法，內部呼叫行為與轉換方法，具體行為仍由子類實現。

何時採用

• 代碼角度：類別有多狀態，內部以條件判斷狀態執行不同行為 → 封裝為狀態類。
• 應用角度：希望將狀態轉換與狀態相關行為委派給具體狀態類。

實作要點

• Context 持有 State 實例；State 持有 Context 實例以修改狀態。
• 狀態間依賴可透過外部配置轉換規則表消除。
• State vs Strategy：前者行為由條件決定、自動遷移；後者行為由客戶端選擇、可隨時替換。

注意事項

• 狀態類過多增加系統負擔，可考慮將狀態實現為無狀態 Flyweight，額外狀態由 Context 統一管理。