C语言的设计模式---状态机模式
在C语言中实现状态机模式（State Pattern）可以通过**函数指针+状态结构体**模拟面向对象的多态行为。以下是一个完整的示例，以电灯开关（On/Off）为例：```
#include <stdio.h>
// 状态接口（模拟抽象类）
typedef struct State State;
struct State {
void (*handle)(void *context); // 处理函数指针
};
// 上下文（持有当前状态）
typedef struct {
State *current_state;
} Context;
// 具体状态：开
void on_state_handle(void *context);
State OnState = { .handle = on_state_handle };
// 具体状态：关
void off_state_handle(void *context);
State OffState = { .handle = off_state_handle };
//--- 状态行为实现 ---
void on_state_handle(void *context) {
Context *ctx = (Context *)context;
printf("灯已开，执行关闭操作\n");
ctx->current_state = &OffState; // 切换到关状态
}
void off_state_handle(void *context) {
Context *ctx = (Context *)context;
printf("灯已关，执行开启操作\n");
ctx->current_state = &OnState; // 切换到开状态
}
//--- 上下文操作 ---
void init_context(Context *ctx) {
ctx->current_state = &OffState; // 初始状态为关
}
void request(Context *ctx) {
ctx->current_state->handle(ctx); // 委托给当前状态处理
}
//--- 测试代码 ---
int main() {
Context ctx;
init_context(&ctx);
// 模拟用户操作
for (int i = 0; i < 4; i++) {
request(&ctx); // 每次请求触发状态转换
}
return 0;
}
```
### 输出结果：
```
灯已关，执行开启操作
灯已开，执行关闭操作
灯已关，执行开启操作
灯已开，执行关闭操作
```
### 关键设计解析：
1. **状态接口（State）**
* 使用函数指针 `handle`模拟虚函数
* 所有具体状态必须实现该函数
2. **具体状态（OnState/OffState）**
* 全局单例状态对象（避免重复创建）
* 在 `handle()`中实现状态转移逻辑
3. **上下文（Context）**
* 持有 `current_state`指针指向当前状态
* `request()`方法委托给状态对象处理
4. **状态转移**
* 在状态处理函数中直接修改 `context->current_state`
* 符合开闭原则：新增状态无需修改上下文
### 扩展新状态步骤（以添加**闪烁状态**为例）：
```
// 1. 定义新状态
void blinking_state_handle(void *context);
State BlinkingState = { .handle = blinking_state_handle };
// 2. 实现行为逻辑
void blinking_state_handle(void *context) {
Context *ctx = (Context *)context;
printf("闪烁中，切换到关闭状态\n");
ctx->current_state = &OffState;
}
// 3. 在现有状态中添加转移（如在OnState中）
void on_state_handle(void *context) {
/* ... */
if(需要闪烁) ctx->current_state = &BlinkingState;
}
```
### 优势：
1. **解耦状态逻辑**：每个状态独立封装行为
2. **消除条件分支**：避免复杂的switch-case语句
3. **可扩展性**：符合开放封闭原则
4. **状态转移显式化**：转移逻辑在状态内部明确声明
> **经典应用场景**：TCP连接状态、工控系统流程、游戏AI行为、协议解析器等需要清晰状态转换逻辑的系统。
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