ADT实现状态模式

ADT(代数数据类型)是函数式语音中一种强大的语言特性，这次用它来实现状态模式

状态模式与策略模式存在某些相似性，它们都可以实现某种算法、业务逻辑的切换。以下是状态模式的定义：

状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变的行为，对象看起来似乎修改了它的类。

状态模式具体表现在：

• 状态决定行为，对象的行为由它内部的状态决定
• 对象的状态在运行期被改变时，它的行为也会因此而改变。从表面上看，同一个对象，在不同的运行时刻，行为是不一样的，就像是类被修改了一样

再次与策略模式做对比，策略模式通过在客户端切换不同的策略实现来改变算法；而在状态模式中，对象通过修改内部的状态来切换不同的行为方法。

现在我们举一个饮水机的例子，假如一个饮水机有3种工作状态，分别为未启动、制冷模式、制热模式，那么可以用密封类来封装一个代表不同饮水机状态的ADT。

sealed class WaterMachineState(open val machine: WaterMachine) {
  
  fun turnHeating() {
    if (this !is Heating) {
      print("turn heating")
      machine.state = machine.heating
    } else {
      print("The state is already heating mode.")
    }
  }

  fun turnCooling() {
    if (this !is Cooling) {
      print("turn cooling")
      machine.state = machine.cooling
    } else {
      print("The state is already cooling mode.")
    }
  }
  
  fun turnOff() {
    if (this !is Off) {
      print("turn off")
      machine.state = machine.off
    } else {
      print("The state is already off mode.")
    }
  }
}

class Off(override val machine: WaterMachine) : WatermachineState(machine)
class Heating(override val machine: WaterMachine) : WatermachineState(machine)
class Cooling(override val machine: WaterMachine) : WatermachineState(machine)

以上代码分析：

• WatermachineState是一个密封类，拥有一个构造参数为WaterMachine类对象
• 在WatermachineState类外部我们分别定义了Off,Heating,Cooling来代表饮水机的3种不同的工作状态，它们都继承了WaterMachineState类的machine成员属性及3个状态切换的方法
• 在每个切换状态的方法中，我们通过改变machine对象的state，来实现切换饮水机状态的目的

接着看WaterMachine类：

class WaterMachine {
  
  var state: WaterMachineState
  val off = Off(this)
  val heating = Heating(this)
  val cooling = Cooling(this)
  
  init {
    this.state = off
  }
  
  fun turnHeating() {
    this.state.turnHeating()
  }
  
  fun turnCooling() {
    this.state.turnCooling()
  }
  
  fun turnOff() {
    this.state.turnOff()
  }
}

WaterMachine很简单，内部主要包含了一下成员属性和方法：

• 引用可变的WaterMachineState类对象state，用来表示当前饮水机所处的工作状态
• 分别表示3种不同状态的成员属性，off、heating、cooling，它们也是WaterMahineState类的3种子类对象；它们通过传入this进行构造，从而实现在WaterMachineState状态类内部，改变WaterMachine类的state引用值；当WaterMachine类对象初始化时，state默认为off，即饮水机处于未启动状态
• 3个直接调用的饮水机操作方法，分别执行对应state对象的3种操作，供客户端调用

如果办公室的小伙伴都喜欢喝冷水，早上一来就会把饮水机调整为制冷模式，但Shaw有吃泡面的习惯，他想泡面的时候，就会把饮水机变为制热，所以每次他吃了泡面，下一个喝水的同事就需要再切换回制冷。最后要下班了，Kim就会关闭饮水机的电源。

为了满足这一需求，我们设计了一个waterMachineOps函数：

enum class Moment {
  
  EARLY_MORNING,
  DRINKING_WATER,
  INSTANCE_NOODLES,
  AFTER_WORK
}

fun waterMachineOps(machine: WaterMachine,moment: Moment) {
  when(moment) {
    EARLY_MORNING, DRINKING_WATER -> when(machine.state) {
      !is WatermachineState.Cooling ->machine.turnCooling()
    }
    INSTANCE_NOODLES -> when(machine.state) {
      !is WatermachineState.Heating -> machine.turnHeating()
    }
    AFTER_WORK -> when(machine.state) {
      !is WatermachineState.Off -> machine.turnOff()
    }
  }
}

这个方法很好地处理了不同角色在不同需求场景下，应该对饮水机执行的不同操作。此外，当用when表达式处理枚举类时，默认的情况必须用else进行处理。然而，由于密封类在类型安全上的额外设计，我们在处理machine对象的state对象时，则不需要考虑这一细节，在语言表达上要简洁得多。