【C++】状态模式

状态模式（State Pattern）是一种【行为型】设计模式，它允许对象在其内部状态发生变化时改变其行为，看起来就像该对象改变了它的类一样。这种模式将状态相关的行为封装在独立的状态类中，并将状态转换逻辑集中管理，使系统更易于维护和扩展。

一、模式核心概念与结构

状态模式包含三个核心角色：

1. 上下文（Context）：定义客户端感兴趣的接口，维护一个当前状态的引用。
2. 状态接口（State）：定义特定状态下的行为接口，所有具体状态类必须实现该接口。
3. 具体状态（Concrete State）：实现状态接口，封装与特定状态相关的行为，并负责状态转换。

二、C++ 实现示例：自动售货机状态管理

以下是一个自动售货机的示例，演示如何使用状态模式管理不同状态下的行为：

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>// 前向声明
class VendingMachine;// 状态接口
class State {
public:virtual ~State() = default;virtual void insertMoney(VendingMachine* machine, double amount) = 0;virtual void selectProduct(VendingMachine* machine, const std::string& product) = 0;virtual void dispense(VendingMachine* machine) = 0;virtual void cancel(VendingMachine* machine) = 0;virtual std::string getStateName() const = 0;
};// 上下文：自动售货机
class VendingMachine {
private:std::shared_ptr<State> currentState;double balance;std::string selectedProduct;double productPrice;public:VendingMachine();void setState(std::shared_ptr<State> state) {currentState = state;std::cout << "State changed to: " << currentState->getStateName() << std::endl;}void insertMoney(double amount) {currentState->insertMoney(this, amount);}void selectProduct(const std::string& product) {currentState->selectProduct(this, product);}void dispense() {currentState->dispense(this);}void cancel() {currentState->cancel(this);}double getBalance() const { return balance; }void setBalance(double amount) { balance = amount; }std::string getSelectedProduct() const { return selectedProduct; }void setSelectedProduct(const std::string& product) { selectedProduct = product; }double getProductPrice() const { return productPrice; }void setProductPrice(double price) { productPrice = price; }
};// 具体状态：待机状态
class IdleState : public State {
public:void insertMoney(VendingMachine* machine, double amount) override {machine->setBalance(amount);std::cout << "Money inserted: " << amount << std::endl;machine->setState(