设计模式 --- 状态模式

news2025/5/10 12:47:10

状态模式是一种行为型设计模式，允许对象在内部状态改变时动态改变其行为，使对象的行为看起来像是改变了。该模式通过将状态逻辑拆分为独立类，消除复杂的条件分支语句，提升代码的可维护性和扩展性。
状态模式的核心价值在于解耦状态逻辑与上下文，为复杂状态管理提供结构化解决方案。在游戏开发中，它尤其适合管理角色控制、AI行为等动态状态流转场景，但需权衡类膨胀和性能成本。

优点：

1. 消除复杂条件分支：消除大量if-else或switch语句，避免代码臃肿且难以维护，将每个分支独立为一个状态类，通过状态切换取代条件分支。
2.提高扩展性：新增状态无需修改上下文类，只需添加新的状态类即可。
3.职责单一化：每个状态类仅关注自身行为，符合单一职责原则。
4.状态转换显式管理：状态转换条件封装在状态类中，避免分散在代码各处。
5.提高可测试性：每个状态可单独测试，无需依赖其他逻辑。

缺点：

1.类数量增多：每个状态对应一个类，可能导致类数量过多。（例如10个状态 → 10个类 + 接口 + 上下文类）
优化：
1.使用层级状态机合并相似状态（如 BaseMovementState 派生 Walk/Run）。
2.对简单状态使用枚举 + 委托简化实现。
2.Context数据共享：状态类需访问上下文数据，可能导致过度暴露接口（如Player类需向状态类公开血量、位置等字段）。
优化：
1.将共享数据封装为上下文接口，限制访问权限。
2.通过事件/委托通信，减少直接依赖。
3.性能开销：频繁创建/销毁状态对象可能影响性能（如每帧切换状态）。
优化：
1.使用对象池复用状态实例。

说明例子：

1.UML类图：

2.实现：

1.定义State的抽象类：

    public abstract class State
    {
        protected Context m_Context = null;

        public State(Context _context)
        {
            m_Context = _context;
        }

        public abstract void Handler(int value);
    }

2.定义Context类：

    public class Context
    {
        State m_State = null;

        public void Request(int value)
        {
            m_State.Handler(value);
        }

        public void SetState(State state)
        {
            Debug.Log("Context.SetState:" + state);
            m_State = state;
        }
    }

3.定义具体状态类：ConcreteStateA、ConcreteStateB、ConcreteStateC

    public class ConcreteStateA : State
    {
        public ConcreteStateA(Context _context) : base(_context)
        {
        }

        public override void Handler(int value)
        {
            Debug.Log("ConcreteStateA.Handler");
            if (value > 10)
            {
                m_Context.SetState(new ConcreateStateB(m_Context));
            }
        }
    }

    public class ConcreateStateB : State
    {
        public ConcreateStateB(Context _context) : base(_context)
        {
        }

        public override void Handler(int value)
        {
            Debug.Log("ConcreteStateB.Handler");
            if (value > 20)
            {
                m_Context.SetState(new ConcreateStateC(m_Context));
            }
        }
    }

    public class ConcreateStateC : State
    {
        public ConcreateStateC(Context _context) : base(_context)
        {
        }

        public override void Handler(int value)
        {
            Debug.Log("ConcreteStateC.Handler");
            if (value > 30)
            {
                m_Context.SetState(new ConcreteStateA(m_Context));
            }
        }
    }

4.测试类：

public class StateParttern : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        Context context = new Context();
        context.SetState(new ConcreteStateA(context));
        context.Request(5);
        context.Request(15);
        context.Request(25);
        context.Request(35);
    }
}

游戏中的使用场景：

1.角色行为管理：玩家状态 --> 站立、移动、跳跃、攻击、死亡。
2.AI决策系统：敌人AI --> 巡逻、追击、攻击、逃跑。
3.UI界面切换：游戏菜单 --> 主界面、设置、背包、暂停。
4.场景切换：游戏场景 --> 开始场景、大厅场景、战斗场景切换。
5.物理交互系统：物体状态 --> 静止、运动、碰撞、销毁。