نمط الحالة

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة C++ على Coddy. الدرس 100 من 104.

يسمح نمط الحالة للكائن بتغيير سلوكه عندما تتغير حالته الداخلية، مما يجعله يبدو كما لو أن الكائن قد غيّر class الخاصة به. وبدلاً من استخدام عبارات شرطية معقدة للتعامل مع الحالات المختلفة، تقوم بتغليف كل حالة في class منفصلة.

يتكوّن النمط من Context الذي يحافظ على مرجع للحالة الحالية، وinterface الحالة التي تحدد السلوك الخاص بكل حالة، وConcrete الحالات التي تنفّذ السلوك لكل حالة:

#include <iostream>
#include <memory>

class Document;  // إعلان أمامي

// واجهة الحالة
class DocumentState {
public:
    virtual void publish(Document& doc) = 0;
    virtual std::string getName() const = 0;
    virtual ~DocumentState() = default;
};

// السياق
class Document {
    std::unique_ptr<DocumentState> state;
public:
    Document();
    void setState(std::unique_ptr<DocumentState> newState) {
        state = std::move(newState);
    }
    void publish() { state->publish(*this); }
    std::string getStateName() const { return state->getName(); }
};

// الحالات الملموسة
class Draft : public DocumentState {
public:
    void publish(Document& doc) override;
    std::string getName() const override { return "Draft"; }
};

class Review : public DocumentState {
public:
    void publish(Document& doc) override;
    std::string getName() const override { return "Review"; }
};

class Published : public DocumentState {
public:
    void publish(Document& doc) override {
        std::cout << "Already published\n";
    }
    std::string getName() const override { return "Published"; }
};

void Draft::publish(Document& doc) {
    std::cout << "Moving to review\n";
    doc.setState(std::make_unique<Review>());
}

void Review::publish(Document& doc) {
    std::cout << "Publishing document\n";
    doc.setState(std::make_unique<Published>());
}

Document::Document() : state(std::make_unique<Draft>()) {}

Each حالة تتعامل مع إجراء publish() action بشكل مختلف، وتتحمل مسؤولية الانتقال إلى الحالة التالية. لا يحتاج Document إلى معرفة منطق الانتقال - بل إنه يفوّض الأمر ببساطة إلى الحالة current. يؤدي ذلك إلى التخلص من عبارات التبديل الكبيرة، ويجعل إضافة حالات جديدة أمرًا مباشرًا.

استخدم State عندما يعتمد سلوك كائن بدرجة كبيرة على حالته، ويكون لديك العديد من العبارات الشرطية التي تتبدّل بناءً على حالة الكائن.

التحدي

سهل

لنبنِ Traffic Light Controller باستخدام نمط State. ستنشئ نظامًا تتناوب فيه إشارة المرور بين حالات مختلفة (Red وYellow وGreen)، حيث تحدد كل حالة ما يحدث عند تغيّر الإشارة والرسالة التي يتم عرضها. هذا مثال كلاسيكي على نمط State: يعتمد سلوك إشارة المرور بالكامل على حالتها current.

ستنظم التعليمات البرمجية عبر ثلاثة ملفات:

TrafficLightState.h: عرّف interface الحالة وجميع فئات الحالة الملموسة.
أنشئ class مجردة باسم TrafficLightState تتضمن:
- دالة افتراضية محضة change(TrafficLight& light) تتولى الانتقال إلى الحالة التالية
- دالة افتراضية محضة getColor() تُرجع اللون الحالي كسلسلة نصية
- دالة افتراضية محضة getAction() تُرجع ما ينبغي للسائقين فعله (مثل "Stop" و"Caution" و"Go")
- مُدمّرًا افتراضيًا
نفّذ ثلاث حالات ملموسة:
- RedState: اللون هو "Red"، وaction هو "Stop"، وتنتقل إلى Green
- YellowState: اللون هو "Yellow"، وaction هو "Caution"، وتنتقل إلى Red
- GreenState: اللون هو "Green"، وaction هو "Go"، وتنتقل إلى Yellow
ستحتاج إلى تصريح forward لـ TrafficLight لأن الحالات تشير إليه.
TrafficLight.h: أنشئ فئة السياق التي تحتفظ بالحالة current.
ينبغي أن تحتوي فئة TrafficLight على std::unique_ptr<TrafficLightState> وأن تبدأ في حالة Red افتراضيًا. نفّذ ما يلي:
- setState(std::unique_ptr<TrafficLightState> newState): تغيّر الحالة الحالية
- change(): تفوّض إلى method التغيير الخاصة بالحالة الحالية
- display(): تطبع حالة الإشارة بالتنسيق: [Color]: [Action]
main.cpp: اعرض دورة إشارة المرور عبر الحالات.
اقرأ مُدخلًا واحدًا: عدد تغييرات الحالة المطلوب إجراؤها (عدد صحيح).

أنشئ TrafficLight واعرض حالتها الأولية. ثم نفّذ العدد المحدد من التغييرات، مع عرض الحالة بعد كل تغيير.

على سبيل المثال، مع الإدخال 3:

Red: Stop
Green: Go
Yellow: Caution
Red: Stop

مع الإدخال 6:

Red: Stop
Green: Go
Yellow: Caution
Red: Stop
Green: Go
Yellow: Caution
Red: Stop

لاحظ كيف تتناوب إشارة المرور بين حالاتها وفق نمط متوقع: Red → Green → Yellow → Red. تعرف كل حالة أي حالة تأتي بعدها وتتولى عملية الانتقال الخاصة بها. لا تحتاج فئة TrafficLight إلى أي منطق شرطي لتحديد ما يحدث. فهي تفوّض الأمر ببساطة إلى الحالة التي توجد فيها حاليًا.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include "TrafficLight.h"

using namespace std;

int main() {
    // اقرأ عدد تغييرات الحالة
    int numChanges;
    cin >> numChanges;
    
    // TODO: أنشئ كائن TrafficLight
    
    // TODO: اعرض الحالة الأولية
    
    // TODO: نفّذ العدد المحدد من التغييرات
    // بعد كل تغيير، اعرض الحالة الحالية
    
    return 0;
}