Java状态机设计模式

一、状态机设计模式实例

状态机设计模式主要用于解决复杂的业务流程问题。例如，我们编写电子商务网站，用户可能需要先登录，然后才能浏览商品，选择商品，生成订单，付款等等。每个步骤都可以看作状态，而状态之间的转换就是状态机模式的核心。

下面是一个简单的状态机实例，模拟汽车的启动和行驶过程。汽车有两个状态：停止（stop）和行驶（run），并且有两个事件：启动（start）和停止（stop）。我们假设汽车开始时处于停止状态，当收到启动事件时，进入行驶状态；当收到停止事件时，进入停止状态。

public interface State {
    void handle();
}

public class StopState implements State {
    public void handle() {
        System.out.println("车已经停止了");
    }
}

public class RunState implements State {
    public void handle() {
        System.out.println("车正在行驶");
    }
}

public class Car {
    private State currentState;
    
    public Car() {
        this.currentState = new StopState();
    }
    
    public void setState(State state) {
        this.currentState = state;
    }
    
    public void start() {
        this.currentState = new RunState();
    }
    
    public void stop() {
        this.currentState = new StopState();
    }
    
    public void handle() {
        this.currentState.handle();
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        car.handle(); //输出："车已经停止了"
        
        car.start();
        car.handle(); //输出："车正在行驶"
        
        car.stop();
        car.handle(); //输出："车已经停止了"
    }
}

在上面的代码中，我们定义了State接口，表示状态，然后实现了两个具体状态StopState和RunState，其中handle方法表示状态对应的行为。Car类表示上下文，即我们要控制状态的对象，它包含一个currentState变量，表示当前状态。setState、start、stop和handle方法分别表示设置状态、启动、停止和处理状态。

通过上面的代码，我们可以非常方便地控制汽车的启动和停止，同时也可以扩展状态和事件的数量，实现更加复杂的业务流程。

二、C++状态机设计模式

C++也支持状态机设计模式。下面是一个简单的状态机实例，演示了如何在C++中实现状态机。和Java类似，我们先定义一个State基类，然后派生出两个具体状态类StopState和RunState，然后定义一个Context类表示上下文。

class State {
public:
    virtual void handle() = 0;
};

class StopState : public State {
public:
    virtual void handle() {
        cout << "车已经停止了" << endl;
    }
};

class RunState : public State {
public:
    virtual void handle() {
        cout << "车正在行驶" << endl;
    }
};

class Context {
private:
    State* currentState;
    StopState* stopState;
    RunState* runState;
public:
    Context() {
        stopState = new StopState();
        runState = new RunState();
        currentState = stopState;
    }
    
    void setState(State* state) {
        currentState = state;
    }
    
    void start() {
        setState(runState);
    }
    
    void stop() {
        setState(stopState);
    }
    
    void handle() {
        currentState->handle();
    }
};

和Java版本的不同点在于，C++中没有接口的概念，而是使用纯虚函数。此外，C++需要手动管理内存，因此在Context类中需要定义一个析构函数。

三、LabVIEW状态机设计模式

LabVIEW是一种数据流编程语言，也支持状态机设计模式。在LabVIEW中，状态机通常用Case Structure表示，每个Case表示一个状态，Case之间的连线表示状态之间的转换。下面是一个简单的状态机实例，模拟一个灯的状态。

首先，我们创建一个VI（虚拟仪器），然后在前面板中放置一个LED Indicator控件表示灯的状态。然后，我们在Block Diagram中使用Case Structure表示状态机，其中第一个Case表示灯关闭的状态，第二个Case表示灯打开的状态，我们还可以添加其他的Case表示更多的状态。

下面是LabVIEW中的代码：

需要注意的是，在LabVIEW中，Case Structure之间的连线表示状态之间的转换。例如，从灯关闭的状态转换到灯打开的状态，就需要点击左侧的方框，将输出线连接到下一个Case的输入线。这种方式让状态机更加直观易懂。

四、单片机状态机设计模式

单片机也支持状态机设计模式。在单片机中，通常使用switch语句或者if语句表示状态机。下面是一个简单的状态机实例，模拟一个LED灯的状态。

int currentState = 0;

void stopState() {
    digitalWrite(13, LOW); //关闭LED灯
    currentState = 0;
}

void runState() {
    digitalWrite(13, HIGH); //打开LED灯
    currentState = 1;
}

void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT); //设置13号引脚为输出模式
}

void loop() {
    switch(currentState) {
        case 0:
            if (digitalRead(2) == HIGH) {
                runState(); //转换到“灯打开”状态
            }
            break;
        case 1:
            if (digitalRead(3) == HIGH) {
                stopState(); //转换到“灯关闭”状态
            }
            break;
    }
}

在上面的代码中，我们定义了两个状态stopState和runState，然后使用一个变量表示当前状态。在setup函数中，我们设置13号引脚为输出模式，在loop函数中，通过switch语句控制状态机。当currentState为0时，表示灯关闭的状态，此时如果2号引脚的输入为HIGH，就转换到灯打开的状态；当currentState为1时，表示灯打开的状态，此时如果3号引脚的输入为HIGH，就转换到灯关闭的状态。

五、C语言状态机设计模式

C语言也支持状态机设计模式。下面是一个简单的状态机实例，模拟LED灯闪烁的状态。

#define STOP_STATE 0
#define RUN_STATE 1

int currentState = STOP_STATE;
unsigned long startTime = 0;

void stopState() {
    digitalWrite(13, LOW); //关闭LED灯
    currentState = STOP_STATE;
}

void runState() {
    digitalWrite(13, HIGH); //打开LED灯
    currentState = RUN_STATE;
    startTime = millis(); //记录开始时间
}

void blinkState() {
    if (millis() - startTime >= 500) {
        digitalWrite(13, !digitalRead(13)); //灯闪烁
        startTime = millis(); //更新开始时间
    }
}

void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT); //设置13号引脚为输出模式
}

void loop() {
    switch(currentState) {
        case STOP_STATE:
            if (digitalRead(2) == HIGH) {
                runState(); //转换到“灯打开”状态
            }
            break;
        case RUN_STATE:
            if (digitalRead(3) == HIGH) {
                stopState(); //转换到“灯关闭”状态
            } else {
              blinkState(); //转换到“灯闪烁”状态
            }
            break;
    }
}

在上面的代码中，我们定义了三个状态：stopState、runState和blinkState。在setup函数中，我们设置13号引脚为输出模式。在loop函数中，通过switch语句控制状态机。当currentState为STOP_STATE时，表示灯关闭的状态，此时如果2号引脚的输入为HIGH，就转换到灯打开的状态；当currentState为RUN_STATE时，表示灯打开的状态，此时如果3号引脚的输入为HIGH，就转换到灯关闭的状态，否则就转换到灯闪烁的状态。在blinkState函数中，我们通过比较当前时间和开始时间，来模拟LED灯的闪烁效果。