Mẫu State

Thuộc phần Lập trình hướng đối tượng trong hành trình Kotlin của Coddy. Bài học 49 trên 57.

Mẫu state giúp một đối tượng có hành vi khác nhau tùy theo trạng thái của nó. Mỗi trạng thái là một kiểu riêng, và đối tượng chuyển mọi sự kiện đến trạng thái hiện tại. Trạng thái đó trả về trạng thái tiếp theo:

interface LampState {
    val name: String
    fun press(): LampState
}
object Off : LampState {
    override val name = "off"
    override fun press() = Dim
}
object Dim : LampState {
    override val name = "dim"
    override fun press() = Bright
}
object Bright : LampState {
    override val name = "bright"
    override fun press() = Off
}

class Lamp {
    var state: LampState = Off
        private set
    fun press() { state = state.press() }
}

Bên trong main:

val lamp = Lamp()
repeat(4) {
    lamp.press()
    println(lamp.state.name)
}

Đầu ra:

dim
bright
off
dim

Một trạng thái có thể chứa dữ liệu. Với một giao diện sealed, data object đại diện cho trạng thái không có dữ liệu, một lớp dữ liệu đại diện cho trạng thái có dữ liệu, và một hàm trả về trạng thái tiếp theo cho mỗi sự kiện:

sealed interface Parking
data object Free : Parking
data class Taken(val plate: String, val since: Int) : Parking

fun Parking.arrive(plate: String, time: Int): Parking = when (this) {
    Free -> Taken(plate, time)
    is Taken -> this
}

fun Parking.leave(time: Int): Pair<Parking, Int> = when (this) {
    Free -> this to 0
    is Taken -> Free to (time - since) * 2
}

Bên trong main:

var spot: Parking = Free
spot = spot.arrive("AB12", 9)
println(spot)
val (next, fee) = spot.leave(12)
println("$next, fee $fee")

Đầu ra:

Taken(plate=AB12, since=9)
Free, fee 6

Một số sự kiện không được phép ở một số trạng thái. Khi gặp những sự kiện đó, quá trình chuyển trạng thái có thể trả về null, đối tượng sẽ giữ nguyên trạng thái và báo rằng nó từ chối sự kiện:

sealed interface Door
data object Open : Door
data object Closed : Door
data object Locked : Door

fun next(door: Door, event: String): Door? = when (door) {
    Open -> if (event == "close") Closed else null
    Closed -> when (event) { "open" -> Open; "lock" -> Locked; else -> null }
    Locked -> if (event == "unlock") Closed else null
}

Bên trong main:

var door: Door = Open
for (e in listOf("lock", "close", "lock", "open", "unlock")) {
    val n = next(door, e)
    if (n == null) println("$e refused while $door") else door = n
}
println("final: $door")

Đầu ra:

lock refused while Open
open refused while Locked
final: Closed

Tại sao không dùng một vài cờ Boolean? Các cờ như isOpen và isLocked cho phép những tổ hợp không thể xảy ra, chẳng hạn như cửa vừa mở vừa khóa, và mọi phương thức đều phải kiểm tra chúng. Một thuộc tính trạng thái chỉ chứa đúng một trạng thái hợp lệ, còn câu lệnh when trên một kiểu đóng giúp trình biên dịch kiểm tra xem mọi trạng thái đã được xử lý chưa:

// Các cờ: 4 tổ hợp, trong đó có một tổ hợp không thể xảy ra
class DoorWithFlags {
    var isOpen = false
    var isLocked = false        // isOpen && isLocked không bao giờ được cùng đúng
}
// Trạng thái: luôn chỉ là một trong Open, Closed, Locked
class DoorWithState {
    var state: Door = Closed
        private set
}

Thử thách

Dễ

Máy bán hàng tự động ở một trong các trạng thái được cung cấp: Idle, HasCoins(cents) hoặc SoldOut. Hãy viết Vending.label(), hàm này trả về idle, coins 100 hoặc sold out, và lớp VendingMachine, trong đó state bắt đầu là Idle và chỉ có thể thay đổi bên trong lớp. handle(event) áp dụng một sự kiện và trả về true, hoặc trả về false và không thay đổi gì khi sự kiện không được phép: coin <n> chuyển từ Idle sang HasCoins(n) và cộng thêm vào số tiền trong HasCoins; buy trong HasCoins khi có ít nhất 150 xu là một giao dịch bán hàng (được tính vào sales) và đưa máy về Idle; refund trong HasCoins đưa máy về Idle; empty chuyển máy sang SoldOut từ bất kỳ trạng thái nào; refill trong SoldOut đưa máy về Idle.

Code được cung cấp áp dụng các sự kiện theo thứ tự và in nhãn trạng thái sau mỗi sự kiện, hoặc not allowed: <event>, rồi cuối cùng in sales: 1.

Đặt code của bạn vào VendingMachine.kt, Label.kt, Vending.kt, Idle.kt, HasCoins.kt và SoldOut.kt. Main.kt chứa code đầu vào/đầu ra được cung cấp và bạn không thể chỉnh sửa tệp này.

Tự làm thử

fun main() {
    // Đoạn code đầu vào/đầu ra đã được cung cấp: giữ nguyên
    val input = generateSequence(::readLine).toList()
    val machine = VendingMachine()
    for (event in input) {
        if (machine.handle(event)) println(machine.state.label()) else println("not allowed: $event")
    }
    println("sales: ${machine.sales}")
}