C# 一分钟浅谈：策略模式与状态模式

C# 一分钟浅谈：策略模式与状态模式

策略模式和状态模式是面向对象编程中两种重要的行为型设计模式。策略模式用于封装算法，使其可以相互替换；状态模式则允许对象根据其内部状态改变行为。本文通过C#代码示例，详细介绍了这两种模式的定义、应用场景、实现方法以及常见问题的解决方案。

策略模式

定义

策略模式定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以相互替换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

应用场景

• 当一个类的行为或其算法可以在运行时更改时。
• 当系统中存在大量类似的类，而它们之间的区别仅在于它们的行为时。

示例代码

假设我们有一个简单的文本处理应用，需要支持多种文本格式化方式。

// 抽象策略
public interface IFormatter
{
    string Format(string text);
}
// 具体策略
public class UpperCaseFormatter : IFormatter
{
    public string Format(string text) => text.ToUpper();
}
public class LowerCaseFormatter : IFormatter
{
    public string Format(string text) => text.ToLower();
}
// 上下文
public class TextProcessor
{
    private IFormatter _formatter;
    public TextProcessor(IFormatter formatter)
    {
        _formatter = formatter;
    }
    public void SetFormatter(IFormatter formatter)
    {
        _formatter = formatter;
    }
    public string Process(string text)
    {
        return _formatter.Format(text);
    }
}
// 使用
var processor = new TextProcessor(new UpperCaseFormatter());
Console.WriteLine(processor.Process("hello world")); // 输出: HELLO WORLD
processor.SetFormatter(new LowerCaseFormatter());
Console.WriteLine(processor.Process("HELLO WORLD")); // 输出: hello world

常见问题及避免方法

• 过度使用：策略模式适用于算法多变的情况，如果算法固定不变，使用策略模式会增加不必要的复杂性。
• 性能问题：频繁更换策略可能会导致性能下降，特别是在高并发场景下。
• 避免方法：在设计时评估算法变化的可能性，确保策略模式的使用是合理的。

状态模式

定义

状态模式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。

应用场景

• 对象的行为依赖于其状态，并且必须在运行时根据状态进行改变。
• 代码中包含大量的条件语句，这些条件语句依赖于对象的状态。

示例代码

假设我们有一个简单的订单处理系统，订单的状态可以是“待支付”、“已支付”、“已发货”等。

// 抽象状态
public abstract class OrderState
{
    protected OrderContext _context;
    public void SetContext(OrderContext context)
    {
        _context = context;
    }
    public abstract void Pay();
    public abstract void Ship();
}
// 具体状态
public class UnpaidState : OrderState
{
    public override void Pay()
    {
        Console.WriteLine("订单已支付");
        _context.SetState(new PaidState());
    }
    public override void Ship()
    {
        Console.WriteLine("无法发货，订单未支付");
    }
}
public class PaidState : OrderState
{
    public override void Pay()
    {
        Console.WriteLine("订单已支付，无需重复支付");
    }
    public override void Ship()
    {
        Console.WriteLine("订单已发货");
        _context.SetState(new ShippedState());
    }
}
public class ShippedState : OrderState
{
    public override void Pay()
    {
        Console.WriteLine("订单已发货，无法支付");
    }
    public override void Ship()
    {
        Console.WriteLine("订单已发货");
    }
}
// 上下文
public class OrderContext
{
    private OrderState _state;
    public OrderContext()
    {
        _state = new UnpaidState();
        _state.SetContext(this);
    }
    public void SetState(OrderState state)
    {
        _state = state;
        _state.SetContext(this);
    }
    public void Pay()
    {
        _state.Pay();
    }
    public void Ship()
    {
        _state.Ship();
    }
}
// 使用
var order = new OrderContext();
order.Pay(); // 输出: 订单已支付
order.Ship(); // 输出: 订单已发货
order.Pay(); // 输出: 订单已发货，无法支付

常见问题及避免方法

• 状态爆炸：随着状态数量的增加，维护和管理状态变得越来越困难。
• 过度设计：对于简单的问题，使用状态模式可能会引入不必要的复杂性。
• 避免方法：在设计时评估状态的数量和复杂性，确保状态模式的使用是合理的。可以通过状态机或其他更简单的机制来管理状态。

总结

策略模式和状态模式都是行为型设计模式，它们分别用于处理算法的变化和对象状态的变化。通过合理使用这两种模式，可以提高代码的灵活性和可维护性。然而，过度使用设计模式也会带来复杂性和性能问题，因此在实际开发中需要权衡利弊，选择合适的设计方案。