8.19 实现状态对象或者状态机
最后更新于：2022-04-01 15:36:35
## 问题
你想实现一个状态机或者是在不同状态下执行操作的对象，但是又不想在代码中出现太多的条件判断语句。
## 解决方案
在很多程序中，有些对象会根据状态的不同来执行不同的操作。比如考虑如下的一个连接对象：
class Connection:
"""普通方案，好多个判断语句，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'
这样写有很多缺点，首先是代码太复杂了，好多的条件判断。其次是执行效率变低，因为一些常见的操作比如read()、write()每次执行前都需要执行检查。
一个更好的办法是为每个状态定义一个对象：
class Connection1:
"""新方案——对每个状态定义一个类"""
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'>
>>>
## 讨论
如果代码中出现太多的条件判断语句的话，代码就会变得难以维护和阅读。这里的解决方案是将每个状态抽取出来定义成一个类。
这里看上去有点奇怪，每个状态对象都只有静态方法，并没有存储任何的实例属性数据。实际上，所有状态信息都只存储在 `Connection` 实例中。在基类中定义的 `NotImplementedError` 是为了确保子类实现了相应的方法。这里你或许还想使用8.12小节讲解的抽象基类方式。
设计模式中有一种模式叫状态模式，这一小节算是一个初步入门！