C++状态模式详解（手把手教你用C++实现状态模式）

为什么使用状态模式？

• 避免复杂的条件判断（如 if-else、switch）
• 提高代码的可读性和可维护性
• 符合“开闭原则”——易于扩展新状态而不修改现有代码
• 非常适合实现状态机编程逻辑

C++状态模式基本结构

在 C++ 中实现状态模式通常包含以下几个部分：

1. Context（上下文）：持有当前状态的引用，并将客户端请求委托给当前状态处理。
2. State（状态接口）：定义所有具体状态必须实现的公共接口。
3. ConcreteState（具体状态类）：实现特定状态下的行为，并可在必要时触发状态切换。

实战：用C++实现一个简单的开关状态机

我们以一个电灯开关为例：灯只有“开”和“关”两种状态，按一次开关就切换状态。

1. 定义状态接口

// State.h#ifndef STATE_H#define STATE_Hclass LightSwitch; // 前向声明class State {public:    virtual ~State() = default;    virtual void handle(LightSwitch& context) = 0;};#endif // STATE_H

2. 实现具体状态类

// ConcreteStates.h#ifndef CONCRETE_STATES_H#define CONCRETE_STATES_H#include "State.h"#include <iostream>class LightSwitch; // 前向声明class OffState : public State {public:    void handle(LightSwitch& context) override;};class OnState : public State {public:    void handle(LightSwitch& context) override;};// 实现void OffState::handle(LightSwitch& context) {    std::cout << "灯原来是关的，现在打开灯。\n";    context.setState(new OnState());}void OnState::handle(LightSwitch& context) {    std::cout << "灯原来是开的，现在关闭灯。\n";    context.setState(new OffState());}#endif // CONCRETE_STATES_H

3. 实现上下文（Context）

// LightSwitch.h#ifndef LIGHT_SWITCH_H#define LIGHT_SWITCH_H#include "State.h"class LightSwitch {private:    State* currentState;public:    LightSwitch() : currentState(new OffState()) {}    ~LightSwitch() {        delete currentState;    }    void setState(State* newState) {        delete currentState;        currentState = newState;    }    void pressSwitch() {        currentState->handle(*this);    }};#endif // LIGHT_SWITCH_H

4. 主函数测试

// main.cpp#include "LightSwitch.h"#include "ConcreteStates.h"int main() {    LightSwitch light;    light.pressSwitch(); // 灯原来是关的，现在打开灯。    light.pressSwitch(); // 灯原来是开的，现在关闭灯。    light.pressSwitch(); // 灯原来是关的，现在打开灯。    return 0;}

关键点总结

通过上述例子，我们可以看到：C++状态模式将每个状态的行为封装在独立的类中，使得状态切换逻辑清晰、易于扩展。当你需要添加新状态（比如“闪烁”状态）时，只需新增一个 ConcreteState 类，而无需修改 Context 或其他状态类，这正是设计模式的魅力所在。

此外，这种实现方式也完美体现了C++设计模式中的“封装变化”原则，是构建健壮、可维护系统的重要手段。

结语

掌握状态机编程技巧，不仅能让你写出更优雅的代码，还能显著提升程序的可扩展性和可读性。希望这篇教程能帮助你理解并应用 C++ 状态模式。动手试试吧！

关键词回顾：C++状态模式、状态模式实现、C++设计模式、状态机编程