C#状态模式详解（从零开始掌握状态模式在C#中的应用）

什么是状态模式？

状态模式（State Pattern）是一种行为型设计模式，它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

简单来说，状态模式将每个状态封装成一个独立的类，并将与该状态相关的行为放在对应的类中。这样，当状态改变时，只需切换到另一个状态对象即可，而无需修改原有代码。

为什么使用状态模式？

• 避免庞大的条件判断语句（如 if-else、switch）
• 提高代码的可读性和可维护性
• 符合“开闭原则”：新增状态无需修改现有代码
• 使状态转换逻辑清晰、集中

C#状态模式实战示例：自动售货机

我们以一个简单的自动售货机为例，它有三种状态：

• 无硬币状态（NoCoinState）：不能出货，只能投币
• 有硬币状态（HasCoinState）：可以退币或按出货按钮
• 售出状态（SoldState）：正在出货，完成后回到无硬币状态

第一步：定义状态接口

public interface IVendingMachineState{    void InsertCoin();    void EjectCoin();    void PressButton();    void Dispense();}

第二步：实现具体状态类

1. 无硬币状态

public class NoCoinState : IVendingMachineState{    private VendingMachine machine;    public NoCoinState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }    public void InsertCoin()    {        Console.WriteLine("硬币已投入。");        machine.SetState(machine.HasCoinState);    }    public void EjectCoin()    {        Console.WriteLine("没有硬币可退。");    }    public void PressButton()    {        Console.WriteLine("请先投入硬币。");    }    public void Dispense()    {        Console.WriteLine("请先按出货按钮。");    }}

2. 有硬币状态

public class HasCoinState : IVendingMachineState{    private VendingMachine machine;    public HasCoinState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }    public void InsertCoin()    {        Console.WriteLine("已有硬币，请勿重复投入。");    }    public void EjectCoin()    {        Console.WriteLine("硬币已退还。");        machine.SetState(machine.NoCoinState);    }    public void PressButton()    {        Console.WriteLine("出货中...");        machine.SetState(machine.SoldState);    }    public void Dispense()    {        // 此状态下不直接调用 Dispense        Console.WriteLine("请先按出货按钮。");    }}

3. 售出状态

public class SoldState : IVendingMachineState{    private VendingMachine machine;    public SoldState(VendingMachine machine)    {        this.machine = machine;    }    public void InsertCoin()    {        Console.WriteLine("正在出货，请稍后再投币。");    }    public void EjectCoin()    {        Console.WriteLine("已按下出货按钮，无法退币。");    }    public void PressButton()    {        Console.WriteLine("已处理出货请求，请勿重复操作。");    }    public void Dispense()    {        Console.WriteLine("商品已出货！");        machine.SetState(machine.NoCoinState);    }}

第三步：创建上下文类（VendingMachine）

public class VendingMachine{    public IVendingMachineState NoCoinState { get; }    public IVendingMachineState HasCoinState { get; }    public IVendingMachineState SoldState { get; }    private IVendingMachineState currentState;    public VendingMachine()    {        NoCoinState = new NoCoinState(this);        HasCoinState = new HasCoinState(this);        SoldState = new SoldState(this);        currentState = NoCoinState; // 初始状态    }    public void SetState(IVendingMachineState state)    {        currentState = state;    }    public void InsertCoin() => currentState.InsertCoin();    public void EjectCoin() => currentState.EjectCoin();    public void PressButton() => currentState.PressButton();    public void Dispense() => currentState.Dispense();}

第四步：测试我们的状态模式

class Program{    static void Main(string[] args)    {        var vendingMachine = new VendingMachine();        vendingMachine.PressButton();      // 请先投入硬币。        vendingMachine.InsertCoin();       // 硬币已投入。        vendingMachine.InsertCoin();       // 已有硬币，请勿重复投入。        vendingMachine.PressButton();      // 出货中...        vendingMachine.Dispense();         // 商品已出货！        vendingMachine.EjectCoin();        // 没有硬币可退。    }}

状态模式的优点与适用场景

通过上面的例子，我们可以看到 C#设计模式 中的状态模式让代码结构更清晰。以下是它的主要优点：

• 消除大量条件分支语句
• 每个状态的行为独立，便于单元测试
• 新增状态只需添加新类，不修改现有逻辑（符合开闭原则）

适用于以下场景：

• 对象行为依赖于其状态，且状态较多
• 状态转换规则复杂
• 需要频繁增加新状态

总结

本文详细介绍了 状态模式教程，并通过一个完整的 C# 示例展示了如何实现 状态模式实现。对于初学者来说，理解状态模式不仅能提升代码质量，还能为学习其他设计模式打下基础。

记住：好的设计不是写更多代码，而是让代码更聪明地工作。状态模式正是这样一种“聪明”的解决方案。