状态模式 VS 策略模式

在软件开发的世界里，设计模式如同工匠手中的精良工具，能帮助开发者打造出结构清晰、易于维护和扩展的软件系统。状态模式和策略模式便是其中两个常用却容易让人混淆的设计模式。接下来，我们会详细剖析它们的区别、适用场景，并给出 Python 代码示例。

状态模式与策略模式的区别

核心差异

• 状态模式：聚焦于对象状态管理。如同人的情绪状态会影响行为，软件中的对象在状态改变时，行为也会相应改变。状态模式把状态和状态转换规则封装在状态类中，使状态与行为紧密相连。
• 策略模式：着重于算法封装与替换。就像出行有步行、骑车、公交等多种方式，策略模式将不同算法封装，可按需灵活切换，且算法变化不影响使用它的客户端。

结构与使用差异

• 状态模式：状态转换通常由对象内部状态决定，有固定规则。使用时，客户端只需与对象交互，无需关心状态转换细节。
• 策略模式：策略选择由客户端主动决定，策略间相互独立，无特定转换关系。

关系差异

• 状态模式：状态是对象属性，状态改变影响行为。状态类常持有对象引用，便于状态转换时操作对象。
• 策略模式：策略是独立于对象的算法，对象可动态选择策略。策略类一般不持有对象引用，仅执行算法。

适用场景

状态模式适用场景：红绿灯系统

当对象的行为依赖于其状态，并且状态转换逻辑较为复杂时，状态模式就非常适用。以红绿灯系统为例，红绿灯有红、黄、绿三种状态，每种状态下对应的行为不同，且状态之间的转换有严格的规则。

• 红灯亮起时，车辆和行人必须停止，经过一段时间后会转换为绿灯。
• 绿灯亮起时，车辆和行人可以通行，一段时间后会转换为黄灯。
• 黄灯亮起时，提醒车辆和行人准备停止，之后又会变为红灯。

# 定义信号灯状态基类
class TrafficLightState:
    def display(self):
        pass

    def change_state(self, light):
        pass

# 红灯状态类
class RedLightState(TrafficLightState):
    def display(self):
        print("红灯亮，车辆和行人停止")

    def change_state(self, light):
        light.set_state(GreenLightState())

# 绿灯状态类
class GreenLightState(TrafficLightState):
    def display(self):
        print("绿灯亮，车辆和行人通行")

    def change_state(self, light):
        light.set_state(YellowLightState())

# 黄灯状态类
class YellowLightState(TrafficLightState):
    def display(self):
        print("黄灯亮，准备停止")

    def change_state(self, light):
        light.set_state(RedLightState())

# 红绿灯类
class TrafficLight:
    def __init__(self):
        self.current_state = RedLightState()

    def set_state(self, state):
        self.current_state = state

    def operate(self):
        self.current_state.display()
        self.current_state.change_state(self)

# 使用示例
traffic_light = TrafficLight()
traffic_light.operate()
traffic_light.operate()
traffic_light.operate()
    

策略模式适用场景：会员等级系统

当存在多种算法可以实现同一个任务，并且为了避免使用复杂的条件判断语句时，策略模式是很好的选择。在电商的会员等级系统中，不同等级的会员享受不同的权益，例如不同的折扣和积分规则。

• 青铜会员可能享受 9 折优惠。
• 白银会员可能享受 8.5 折优惠。
• 黄金会员可能享受 8 折优惠。

# 定义会员折扣策略基类
class MemberDiscountStrategy:
    def calculate_discount(self, price):
        pass


# 青铜会员折扣策略类
class BronzeMemberDiscount(MemberDiscountStrategy):
    def calculate_discount(self, price):
        return price * 0.9


# 白银会员折扣策略类
class SilverMemberDiscount(MemberDiscountStrategy):
    def calculate_discount(self, price):
        return price * 0.85


# 黄金会员折扣策略类
class GoldMemberDiscount(MemberDiscountStrategy):
    def calculate_discount(self, price):
        return price * 0.8


# 会员类
class Member:
    def __init__(self, strategy):
        self.discount_strategy = strategy
        self.total_spent = 0

    def set_discount_strategy(self, strategy):
        self.discount_strategy = strategy

    def calculate_final_price(self, price):
        final_price = self.discount_strategy.calculate_discount(price)
        self.total_spent += final_price
        self.upgrade_member()
        return final_price

    def upgrade_member(self):
        if self.total_spent >= 500 and isinstance(self.discount_strategy, BronzeMemberDiscount):
            self.set_discount_strategy(SilverMemberDiscount())
            print("恭喜您，升级为白银会员！")
        elif self.total_spent >= 1000 and isinstance(self.discount_strategy, SilverMemberDiscount):
            self.set_discount_strategy(GoldMemberDiscount())
            print("恭喜您，升级为黄金会员！")


# 使用示例
product_price = 200
bronze_member = Member(BronzeMemberDiscount())
print(f"青铜会员第一次购买该商品的价格: {bronze_member.calculate_final_price(product_price)}")
print(f"青铜会员第二次购买该商品的价格: {bronze_member.calculate_final_price(product_price)}")
print(f"青铜会员第三次购买该商品的价格: {bronze_member.calculate_final_price(product_price)}")
print(f"青铜会员第四次购买该商品的价格: {bronze_member.calculate_final_price(product_price)}")
print(f"青铜会员第五次购买该商品的价格: {bronze_member.calculate_final_price(product_price)}")
    

状态模式 vs 策略模式：核心区别对比

总结

状态模式和策略模式虽然有相似之处，但设计目的和适用场景有明显区别。状态模式适用于管理对象状态以及状态变化时的行为，策略模式适用于封装和替换算法。在实际开发中，需要根据具体需求选择合适的模式，以提高代码的可维护性和可扩展性。希望通过本文和示例，你能更好地理解和运用这两种设计模式。

选择建议：

• 如果你的对象在生命周期中会根据状态执行不同逻辑，并且状态会改变，就用状态模式；
• 如果你希望灵活地选择行为，而不关心状态，就用策略模式。