Padrão State

Parte da seção Programação Orientada a Objetos do Journey de C# da Coddy — lição 60 de 70.

O padrão State é um padrão comportamental que permite que um objeto altere seu comportamento quando seu estado interno muda. Em vez de usar declarações condicionais complexas para lidar com diferentes estados, você encapsula cada estado em sua própria classe e delega o comportamento ao objeto de estado atual.

O padrão consiste em três componentes: uma interface de estado que define o comportamento específico do estado, classes de estado concretas que implementam esse comportamento e uma classe de contexto que mantém uma referência ao estado atual:

public interface IDocumentState
{
    void Publish(Document doc);
}

public class DraftState : IDocumentState
{
    public void Publish(Document doc)
    {
        Console.WriteLine("Moving to moderation");
        doc.SetState(new ModerationState());
    }
}

public class ModerationState : IDocumentState
{
    public void Publish(Document doc)
    {
        Console.WriteLine("Publishing document");
        doc.SetState(new PublishedState());
    }
}

public class PublishedState : IDocumentState
{
    public void Publish(Document doc)
    {
        Console.WriteLine("Already published");
    }
}

O contexto mantém o estado atual e delega ações a ele. Objetos de estado podem disparar transições chamando SetState() no contexto:

public class Document
{
    private IDocumentState _state = new DraftState();
    
    public void SetState(IDocumentState state) => _state = state;
    
    public void Publish() => _state.Publish(this);
}

var doc = new Document();
doc.Publish();  // Movendo para moderação
doc.Publish();  // Publicando documento
doc.Publish();  // Já publicado

O padrão State elimina extensas instruções if-else ou switch que verificam o estado atual. Cada classe de estado lida apenas com seu próprio comportamento, tornando o código mais fácil de manter e estender com novos estados.

Desafio

Fácil

Vamos construir um sistema de semáforo usando o padrão State. Os semáforos alternam entre estados distintos (vermelho, amarelo, verde), e cada estado determina o que acontece quando a luz muda. Em vez de usar condicionais complexas, você encapsulará cada estado da luz em sua própria classe.

Você organizará seu código em três arquivos:

TrafficLightState.cs: Defina uma interface ITrafficLightState no namespace Traffic com um método Change(TrafficLight light). Em seguida, crie três classes de estado concretas:
- RedState - quando Change é chamado, ele imprime Red - Stop! Changing to Green... e faz a transição do semáforo para GreenState
- GreenState - imprime Green - Go! Changing to Yellow... e faz a transição para YellowState
- YellowState - imprime Yellow - Caution! Changing to Red... e faz a transição para RedState
TrafficLight.cs: Crie uma classe TrafficLight no mesmo namespace. Esta é a sua classe de contexto que mantém o estado atual. Ela deve começar em RedState por padrão e ter:
- Um método SetState(ITrafficLightState state) que os objetos de estado usam para disparar transições
- Um método Change() que delega para o método Change do estado atual
Program.cs: Reúna tudo criando um TrafficLight e alternando entre as mudanças de estado com base na entrada.

Você receberá uma entrada:

O número de vezes para mudar o semáforo (um número inteiro)

Crie um TrafficLight (que começa no vermelho) e chame Change() o número especificado de vezes.

Por exemplo, se a entrada for 3, a saída deve ser:

Red - Stop! Changing to Green...
Green - Go! Changing to Yellow...
Yellow - Caution! Changing to Red...

Se a entrada for 5, o semáforo reinicia o ciclo:

Red - Stop! Changing to Green...
Green - Go! Changing to Yellow...
Yellow - Caution! Changing to Red...
Red - Stop! Changing to Green...
Green - Go! Changing to Yellow...

Observe como a classe TrafficLight não contém lógica sobre o que cada cor significa ou o que vem a seguir - todo esse conhecimento reside nas classes de estado individuais. Cada estado é responsável por seu próprio comportamento e por disparar a transição para o próximo estado!

Folha de consulta

O padrão State é um padrão comportamental que permite que um objeto altere seu comportamento quando seu estado interno muda. Em vez de usar instruções condicionais complexas, você encapsula cada estado em sua própria classe e delega o comportamento ao objeto de estado atual.

O padrão consiste em três componentes:

Interface State: Define o comportamento específico do estado
Classes de estado concreto: Implementam o comportamento para cada estado
Classe Context: Mantém uma referência ao estado atual

Exemplo de implementação:

// Interface State
public interface IDocumentState
{
    void Publish(Document doc);
}

// Classes de estado concreto
public class DraftState : IDocumentState
{
    public void Publish(Document doc)
    {
        Console.WriteLine("Moving to moderation");
        doc.SetState(new ModerationState());
    }
}

public class ModerationState : IDocumentState
{
    public void Publish(Document doc)
    {
        Console.WriteLine("Publishing document");
        doc.SetState(new PublishedState());
    }
}

public class PublishedState : IDocumentState
{
    public void Publish(Document doc)
    {
        Console.WriteLine("Already published");
    }
}

// Classe Context
public class Document
{
    private IDocumentState _state = new DraftState();
    
    public void SetState(IDocumentState state) => _state = state;
    
    public void Publish() => _state.Publish(this);
}

// Uso
var doc = new Document();
doc.Publish();  // Moving to moderation
doc.Publish();  // Publishing document
doc.Publish();  // Already published

O contexto mantém o estado atual e delega ações a ele. Objetos de estado podem disparar transições chamando SetState() no contexto. Isso elimina instruções if-else ou switch extensas, tornando o código mais fácil de manter e estender com novos estados.

Experimente você mesmo

using System;
using Traffic;

class Program
{
    public static void Main(String[] args)
    {
        // Leia o número de vezes para mudar o semáforo
        int n = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());

        // TODO: Crie uma instância de TrafficLight (inicia em RedState por padrão)

        // TODO: Chame o método Change() n vezes usando um loop
    }
}