状态模式通过封装不同状态下的行为实现运行时动态切换，核心由Context、State接口和ConcreteState组成，利用C++虚函数机制完成多态调用，在TCP连接模拟等场景中可有效替代冗长条件判断，提升代码可维护性。
状态模式是一种行为设计模式，适用于对象的行为依赖于其当前状态，并且在运行时根据状态改变行为的情况。在C++中，通过面向对象的方式可以清晰地实现状态模式，将不同状态下的行为封装为独立的类，从而实现策略的动态切换。
状态模式的核心结构
状态模式的关键在于将“状态”抽象化，每个具体状态实现相同接口，对象在运行时持有当前状态的指针或引用，调用行为时委托给当前状态处理。
基本组成包括：
- Context（上下文）：持有当前状态对象，对外提供操作接口，行为委托给状态对象执行。
- State（状态接口）：定义所有具体状态共用的操作接口。
- ConcreteState（具体状态）：实现特定状态下的行为逻辑，可在内部修改Context的状态。
使用虚函数实现状态切换
C++中通过基类指针和虚函数机制实现多态，让Context调用统一接口但实际执行不同状态的行为。
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示例代码：
#include#include // 前向声明 class Context; // 抽象状态类 struct State { virtual ~State() = default; virtual void handle(Context& ctx) = 0; }; // 上下文类 class Context { private: std::shared_ptr state_; public: void changeState(std::shared_ptr new_state) { state_ = new_state; } void request() { if (state_) { state_->handle(*this); } } // 可选：获取当前状态信息用于调试 std::string getStateName() const; };
具体状态实现可包含状态转移逻辑：
struct ConcreteStateA : State {
void handle(Context& ctx) override {
std::cout << "处理状态 A 的行为\n";
// 示例：满足条件后切换到状态 B
ctx.changeState(std::make_shared());
}
};
struct ConcreteStateB : State {
void handle(Context& ctx) override {
std::cout << "正在执行状态 B 策略\n";
// 可继续切换回 A 或其他状态
}
};
状态切换的实际应用场景
状态模式适合用于实现有限状态机（FSM），比如游戏角色控制、通信协议处理、UI流程管理等。
例如一个TCP连接模拟：
- CONNECTING → 连接中，尝试建立连接
- ESTABLISHED → 已连接，可收发数据
- CLOSING → 关闭中，等待确认
- CLOSED → 已关闭
每个状态对“send”、“receive”、“close”等操作的响应不同，且触发状态迁移。通过状态类封装各自逻辑，避免在Context中写大量if-else判断。
注意事项与优化建议
使用状态模式时需注意以下几点：
- 状态类通常无需保存大量数据，行为逻辑为主；若需共享数据，可通过Context引用访问。
- 避免状态间循环依赖，建议用weak_ptr管理Context引用防止内存泄漏。
- 对于简单状态切换，可考虑函数指针或std::function替代类继承，减少复杂度。
- 频繁创建状态对象时，可用对象池或单例模式复用实例（状态无内部状态时安全）。
基本上就这些。状态模式让行为随状态变化变得清晰可控，结合C++的多态和智能指针，能写出既灵活又安全的策略切换逻辑。
