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17.3.1. 状态模式
状态模式(state pattern) 是一种面向对象设计模式#xff0c;指的是一个值拥有的内部状态由数个状态对象#xff08…喜欢的话别忘了点赞、收藏加关注哦对接下来的教程有兴趣的可以关注专栏。谢谢喵(ω)
17.3.1. 状态模式
状态模式(state pattern) 是一种面向对象设计模式指的是一个值拥有的内部状态由数个状态对象state object 表达而成而值的行为随着内部状态的改变而改变。
使用状态模式意味着业务需求变化时不需要修改持有状态的值的代码或者是使用这个值的代码只需要更新状态对象内部的代码以改变其规则或者是增加一些新的状态对象。
看个例子
博客文章一开始是一个空草稿。草稿完成后要求对该帖子进行审查。当帖子获得批准后就会发布。只有已发布的博客帖子才会返回要打印的内容因此不会意外发布未经批准的帖子。
main.rs:
use blog::Post;fn main() {let mut post Post::new();post.add_text(I ate a salad for lunch today);assert_eq!(, post.content());post.request_review();assert_eq!(, post.content());post.approve();assert_eq!(I ate a salad for lunch today, post.content());
}使用Post::new创建新的博客文章草稿。首先创建一个Post类型的实例命名为post。它是可变的因为处于草稿状态的文章还可以修改然后通过Post上的add_text方法增加了I ate a salad for lunch today这句话接下来使用request_review方法请求审批最后使用approve方法获得审批通过
PS添加的assert_eq!在代码中用于演示目的。单元测试可能包含断言草稿博客文章从content方法返回一个空字符串但我们不打算为此示例编写测试。
lib.rs:
pub struct Post {state: OptionBoxdyn State,content: String,
}impl Post {pub fn new() - Post {Post {state: Some(Box::new(Draft {})),content: String::new(),}}pub fn add_text(mut self, text: str) {self.content.push_str(text);}pub fn content(self) - str {}pub fn request_review(mut self) { if let Some(s) self.state.take() { self.state Some(s.request_review()) } }pub fn approve(mut self) { if let Some(s) self.state.take() { self.state Some(s.approve()) } }
}trait State {fn request_review(self: BoxSelf) - Boxdyn State;fn approve(self: BoxSelf) - Boxdyn State;
}struct Draft {}impl State for Draft {fn request_review(self: BoxSelf) - Boxdyn State {Box::new(PendingReview {})}fn approve(self: BoxSelf) - Boxdyn State { Box::new(Published {}) }
}struct PendingReview {}impl State for PendingReview {fn request_review(self: BoxSelf) - Boxdyn State {self}fn approve(self: BoxSelf) - Boxdyn State { Box::new(Published {}) }
}struct Published {} impl State for Published { fn request_review(self: BoxSelf) - Boxdyn State { self } fn approve(self: BoxSelf) - Boxdyn State { self }
}Post结构体有两个字段一个字段是state用于存储文章当下的状态它一共有三种状态草稿、等待审批和已发布。Boxdyn State代表只要是实现了State trait的类型就可以存入 通过这个字段Post类型能在内部管理状态与状态之间的变化这个状态的变化是通过用户调用Post上的方法实现的而用户只能通过调用这些方法来改变值因为Post下的字段未设为公开所以用户没办法直接修改字段的值。 下文通过impl块为Post实现了一些方法 new函数用于创建一个Post类型的实例其初始的content值是一个空的字符串初始的state处于草稿状态所以state存储的是Draft结构体下文有讲 add_text会往content字段使用pusth_str方法来添加内容 即使我们调用了add_text并向帖子添加了一些内容我们仍然希望content方法返回一个空字符串切片因为帖子仍处于草稿状态。 request_review会提取出state字段下的状态取出来之后State就会暂时变为None因为所有权被移动出来了。这个时候调用state上的request_review方法来请求审批。 当state是Draft状态时就会调用Draft结构体上的request_review方法下文有讲把state字段的值从Draft变为了PendingReview把状态更新回state上。 approve表示审批通过其写法跟request_review差不多把状态取出来调用self上的approve方法来更新状态。 State trait目前定义了两个方法只有签名没有具体实现 request_review表示请求审批approve表示审批通过 PS注意它的签名的参数是Boxself与self和mut self有区别Boxself意味着它只能被包裹着当前类型的Box实例它会在调用过程中获取Box(self)的所有权并使旧的实效从而修改状态。 Draft用于表示草稿状态不需要实际的内容所以只要声明一个没有字段的结构体即可 通过impl块为Draft实现了State trait request_review表示请求审批把值变为了PendingReview。approve表示审批通过。由于approve在此时没用只需要把本身传回去即可所以返回值是self。 PendingReviewing用于表示等待审批不需要实际的内容所以只要声明一个没有字段的结构体即可 通过impl块为PendingReview实现了State trait request_review表示请求审批此时状态不会变只需要把本身传回去即可所以返回值是self。approve表示审批通过返回Published结构体。 Published用于表示已发表不需要实际的内容所以只要声明一个没有字段的结构体即可 通过impl块为Published实现了State trait。但是它都处于已发布的状态了所以request_review和approve都没啥用直接返回本身self就行。 我们为什么不使用枚举类型的变体作为帖子状态这当然是一个可能的解决方案但它的其缺点之一是使用枚举是每个检查枚举值的地方都需要一个match表达式或类似的表达式来处理每个可能的变体。 这样写会存在很多重复的代码有些代码根本没用但是它的优点也很明显无论状态值是什么Post上的request_review方法都不需要改变每个状态都负责自己的运行规则。
这里还有content方法还需要修改我们想要在发布状态下使它可见而其他两种情况下看不到。一样可以使用面向对象的设计模式。以下是原来的代码
pub fn content(self) - str {
}首先在State trait下定义content方法
trait State {fn request_review(self: BoxSelf) - Boxdyn State;fn approve(self: BoxSelf) - Boxdyn State;fn contenta(self, post: a Post) - a str {}
}写了个默认实现返回空字符串。注意这里要使用生命周期因为接收的是Post的引用然后返回的可能是Post中某一部分的引用所以返回值的生命周期和Post参数的生命周期是相关联的。
对于Draft和PendingReview来说默认实现就可以满足需求了。只需要在Published中写一个方法覆盖默认实现
impl State for Published { fn request_review(self: BoxSelf) - Boxdyn State { self } fn approve(self: BoxSelf) - Boxdyn State { self } fn contenta(self, post: a Post) - a str {post.content}
}最后修改Post上的content方法
impl Post {pub fn new() - Post {Post {state: Some(Box::new(Draft {})),content: String::new(),}}pub fn add_text(mut self, text: str) {self.content.push_str(text);}pub fn content(self) - str {self.state.as_ref().unwrap().content(self)}pub fn request_review(mut self) { if let Some(s) self.state.take() { self.state Some(s.request_review()) } }pub fn approve(mut self) { if let Some(s) self.state.take() { self.state Some(s.approve()) } }
}我们需要先看Option里面值的引用所以说调用了as_ref方法得到OptionT为了解包必须写一步错误处理用unwrap即可。最后就调用content方法根据所处的状态不同content的具体实现也会有所不同。
17.3.2. 状态模式的取舍权衡
状态模式的优点如上所见无论状态值是什么Post上的request_review方法都不需要改变每个状态都负责自己的运行规则。
但它的缺点也比较明显
需要重复实现一些逻辑代码某些状态之间是相互耦合的如果我们新增一个状态这时候跟它相关联的代码就需要修改
17.3.3. 将状态和行为编码为类型
如果我们严格按照面向对象的模式写当然是可行的但是发挥不出Rust的全部威力。
下面我们会结合Rust的特点来修改具体来说就是把状态和行为改为具体的类型。Rust类型检查系统会通过编译时错误来阻止用户使用无效的状态。
修改后的代码如下 lib.rs:
pub struct Post {content: String,
}pub struct DraftPost {content: String,
}impl Post {pub fn new() - DraftPost {DraftPost {content: String::new(),}}pub fn content(self) - str {self.content}
}impl DraftPost {pub fn add_text(mut self, text: str) {self.content.push_str(text);}pub fn request_review(self) - PendingReviewPost {PendingReviewPost {content: self.content,}}
}pub struct PendingReviewPost {content: String,
}impl PendingReviewPost {pub fn approve(self) - Post {Post {content: self.content,}}
}声明了Post和DraftPost两个结构体这两者都有一个存储String类型的content字段 通过impl块写了Post的new方法和content方法 new方法会创建一个空的DraftPost结构体content方法就会返回本身的content字段的值 通过impl块写了DraftPost的方法 add_text方法用于给DraftPost的content添加文字request_review方法用于请求审批调用这个方法就会返回另一个状态PendingReviewPost,表示正在审批中。这个状态是在下文定义的 声明了PendingReviewPost结构体有一个存储String类型的content字段。通过impl在它上面写了一个approve方法用于通过审批
这里的Post就指正式发布之后的PostDraftPost就代表还处于草稿状态的文章PendingReviewPost表示正在审批的文章。审批成功就会把content的值返回到Post的content字段里以供使用。
这样写不会出现意外的情况因为只有通过审批正式发布的状态Post才有content方法来获取文章。
此时的main.rs写法也需要小改:
use blog::Post;fn main() {let mut post Post::new();post.add_text(I ate a salad for lunch today);let post post.request_review();let post post.approve();assert_eq!(I ate a salad for lunch today, post.content());
}17.3.4. 总结
Rust不仅能够实现面向对象的设计模式还可以支持更多的模式。例如将状态和行为编码为类型。
面对对象的经典模式并不总是Rust编程实践中的最佳选择因为Rust具有其他面向对象语言所没有的所有权特性。
