一、為什么要用狀態模式？

在開發中，經常遇到“對象在不同狀態下行為不同”的情況。最常見的寫法是用一堆 if/else 或 switch 來判斷狀態，然后在不同分支里寫邏輯。這樣做有兩個問題：

1. 狀態增多后，條件分支會變得臃腫。

2. 修改或擴展某個狀態邏輯時，可能要在多個地方改代碼。

狀態模式的核心思想是：

• 把“狀態”抽象成獨立的類，每個狀態只關心自己能做什么。

• 上下文對象（這里是 NetworkConnection）只需要把調用轉發給當前狀態。

• 狀態對象在需要時可以切換上下文的狀態。

這樣就能讓分支邏輯“消失”，變成結構清晰的多態調用。

二、場景說明

網絡連接的三個狀態：

• Disconnected：允許調用 connect()，否則提示非法操作。

• Connecting：連接過程中，connect() 和 disconnect() 都無效，必須等待連接結果。

• Connected：允許 send() 數據，也可以 disconnect() 主動斷開。

三、類圖

四、C++ 實現代碼

這段代碼完整實現了一個簡化的 網絡連接狀態機。

• NetworkConnection 作為上下文類，持有當前狀態對象，并對外提供統一的接口（connect、disconnect、send、onConnectResult）。

• Disconnected、Connecting、Connected 三個狀態類分別封裝了各自的行為邏輯。

• 狀態之間的切換由狀態類自身觸發，例如 Disconnected 調用 connect() 會進入 Connecting，而 Connecting 根據 onConnectResult() 的結果進入 Connected 或回到 Disconnected。

通過這種方式，代碼避免了大量的 if/else 判斷，讓狀態邏輯更加清晰，擴展新狀態時也更加方便。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>class NetworkConnection; // 前向聲明// 狀態接口
struct State {virtual ~State() = default;virtual void connect(NetworkConnection& nc) = 0;virtual void disconnect(NetworkConnection& nc) = 0;virtual void send(NetworkConnection& nc, const std::string& data) = 0;virtual void onConnectResult(NetworkConnection& nc, bool success) = 0;
};// 上下文類
class NetworkConnection {
public:NetworkConnection();void connect() { currentState->connect(*this); }void disconnect() { currentState->disconnect(*this); }void send(const std::string& data) { currentState->send(*this, data); }void onConnectResult(bool success) { currentState->onConnectResult(*this, success); }void setState(std::unique_ptr<State> s) { currentState = std::move(s); }private:std::unique_ptr<State> currentState;
};// 具體狀態：未連接
struct Disconnected : State {void connect(NetworkConnection& nc) override;void disconnect(NetworkConnection& nc) override {std::cout << "[Disconnected] 已經處于未連接狀態。\n";}void send(NetworkConnection& nc, const std::string& data) override {std::cout << "[Disconnected] 無法發送數據，尚未連接。\n";}void onConnectResult(NetworkConnection& nc, bool success) override {std::cout << "[Disconnected] 忽略連接結果（當前未連接）。\n";}
};// 具體狀態：連接中
struct Connecting : State {void connect(NetworkConnection& nc) override {std::cout << "[Connecting] 正在連接中，不能重復連接。\n";}void disconnect(NetworkConnection& nc) override {std::cout << "[Connecting] 連接進行中，不能斷開。\n";}void send(NetworkConnection& nc, const std::string& data) override {std::cout << "[Connecting] 連接尚未建立，無法發送。\n";}void onConnectResult(NetworkConnection& nc, bool success) override;
};// 具體狀態：已連接
struct Connected : State {void connect(NetworkConnection& nc) override {std::cout << "[Connected] 已經處于連接狀態。\n";}void disconnect(NetworkConnection& nc) override {std::cout << "[Connected] 主動斷開連接。\n";nc.setState(std::make_unique<Disconnected>());}void send(NetworkConnection& nc, const std::string& data) override {std::cout << "[Connected] 發送數據：" << data << "\n";}void onConnectResult(NetworkConnection& nc, bool success) override {std::cout << "[Connected] 忽略連接結果（已經連接）。\n";}
};// --- 狀態切換邏輯實現 ---
void Disconnected::connect(NetworkConnection& nc) {std::cout << "[Disconnected] 嘗試連接...\n";nc.setState(std::make_unique<Connecting>());
}void Connecting::onConnectResult(NetworkConnection& nc, bool success) {if (success) {std::cout << "[Connecting] 連接成功，進入已連接狀態。\n";nc.setState(std::make_unique<Connected>());} else {std::cout << "[Connecting] 連接失敗，回到未連接狀態。\n";nc.setState(std::make_unique<Disconnected>());}
}// --- NetworkConnection 構造 ---
NetworkConnection::NetworkConnection() {setState(std::make_unique<Disconnected>());
}// --- 演示程序 ---
int main() {NetworkConnection nc;nc.send("test");          // 未連接 -> 拒絕nc.connect();             // Disconnected -> Connectingnc.connect();             // Connecting -> 拒絕重復nc.onConnectResult(true); // 成功 -> Connectednc.send("hello world");   // 已連接 -> 可發送nc.disconnect();          // -> Disconnectednc.onConnectResult(false);// 忽略（已斷開）return 0;
}

輸出示例

[Disconnected] 無法發送數據，尚未連接。
[Disconnected] 嘗試連接...
[Connecting] 正在連接中，不能重復連接。
[Connecting] 連接成功，進入已連接狀態。
[Connected] 發送數據：hello world
[Connected] 主動斷開連接。
[Disconnected] 忽略連接結果（當前未連接）。

這個示例里用 onConnectResult(bool success) 來模擬網絡異步回調，簡化成一個直接調用的方法，方便演示狀態切換的效果。
在真實項目中，這個函數可能是 事件回調 或 信號槽，并不是手動調用的，而是網絡庫觸發的。

比如在 Qt 中，QTcpSocket::connected() 和 QTcpSocket::errorOccurred() 信號就對應了這種結果通知。

五、總結

通過狀態模式，我們把“未連接 / 連接中 / 已連接”三種狀態的行為邏輯清晰地分散到不同類中，而不是塞在一堆 if/else 里。這樣帶來的好處是：

• 可讀性高：邏輯一目了然，每個狀態類只關心自己能做什么。

• 易擴展：如果未來需要加 Reconnecting 或 Limited 狀態，只需要新增一個狀態類。

• 符合開閉原則：不需要修改原有狀態類，就能添加新狀態。