Java狀態機設計模式

一、狀態機設計模式實例

狀態機設計模式主要用於解決複雜的業務流程問題。例如，我們編寫電子商務網站，用戶可能需要先登錄，然後才能瀏覽商品，選擇商品，生成訂單，付款等等。每個步驟都可以看作狀態，而狀態之間的轉換就是狀態機模式的核心。

下面是一個簡單的狀態機實例，模擬汽車的啟動和行駛過程。汽車有兩個狀態：停止（stop）和行駛（run），並且有兩個事件：啟動（start）和停止（stop）。我們假設汽車開始時處於停止狀態，當收到啟動事件時，進入行駛狀態；當收到停止事件時，進入停止狀態。

public interface State {
    void handle();
}

public class StopState implements State {
    public void handle() {
        System.out.println("車已經停止了");
    }
}

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

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(); //輸出："車已經停止了"
        
        car.start();
        car.handle(); //輸出："車正在行駛"
        
        car.stop();
        car.handle(); //輸出："車已經停止了"
    }
}

在上面的代碼中，我們定義了State介面，表示狀態，然後實現了兩個具體狀態StopState和RunState，其中handle方法表示狀態對應的行為。Car類表示上下文，即我們要控制狀態的對象，它包含一個currentState變數，表示當前狀態。setState、start、stop和handle方法分別表示設置狀態、啟動、停止和處理狀態。

通過上面的代碼，我們可以非常方便地控制汽車的啟動和停止，同時也可以擴展狀態和事件的數量，實現更加複雜的業務流程。

二、C++狀態機設計模式

C++也支持狀態機設計模式。下面是一個簡單的狀態機實例，演示了如何在C++中實現狀態機。和Java類似，我們先定義一個State基類，然後派生出兩個具體狀態類StopState和RunState，然後定義一個Context類表示上下文。

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

class StopState : public State {
public:
    virtual void handle() {
        cout << "車已經停止了" << endl;
    }
};

class RunState : public State {
public:
    virtual void handle() {
        cout << "車正在行駛" <handle();
    }
};

和Java版本的不同點在於，C++中沒有介面的概念，而是使用純虛函數。此外，C++需要手動管理內存，因此在Context類中需要定義一個析構函數。

三、LabVIEW狀態機設計模式

LabVIEW是一種數據流編程語言，也支持狀態機設計模式。在LabVIEW中，狀態機通常用Case Structure表示，每個Case表示一個狀態，Case之間的連線表示狀態之間的轉換。下面是一個簡單的狀態機實例，模擬一個燈的狀態。

首先，我們創建一個VI（虛擬儀器），然後在前面板中放置一個LED Indicator控制項表示燈的狀態。然後，我們在Block Diagram中使用Case Structure表示狀態機，其中第一個Case表示燈關閉的狀態，第二個Case表示燈打開的狀態，我們還可以添加其他的Case表示更多的狀態。

下面是LabVIEW中的代碼：

需要注意的是，在LabVIEW中，Case Structure之間的連線表示狀態之間的轉換。例如，從燈關閉的狀態轉換到燈打開的狀態，就需要點擊左側的方框，將輸出線連接到下一個Case的輸入線。這種方式讓狀態機更加直觀易懂。

四、單片機狀態機設計模式

單片機也支持狀態機設計模式。在單片機中，通常使用switch語句或者if語句表示狀態機。下面是一個簡單的狀態機實例，模擬一個LED燈的狀態。

int currentState = 0;

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

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

void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT); //設置13號引腳為輸出模式
}

void loop() {
    switch(currentState) {
        case 0:
            if (digitalRead(2) == HIGH) {
                runState(); //轉換到「燈打開」狀態
            }
            break;
        case 1:
            if (digitalRead(3) == HIGH) {
                stopState(); //轉換到「燈關閉」狀態
            }
            break;
    }
}

在上面的代碼中，我們定義了兩個狀態stopState和runState，然後使用一個變數表示當前狀態。在setup函數中，我們設置13號引腳為輸出模式，在loop函數中，通過switch語句控制狀態機。當currentState為0時，表示燈關閉的狀態，此時如果2號引腳的輸入為HIGH，就轉換到燈打開的狀態；當currentState為1時，表示燈打開的狀態，此時如果3號引腳的輸入為HIGH，就轉換到燈關閉的狀態。

五、C語言狀態機設計模式

C語言也支持狀態機設計模式。下面是一個簡單的狀態機實例，模擬LED燈閃爍的狀態。

#define STOP_STATE 0
#define RUN_STATE 1

int currentState = STOP_STATE;
unsigned long startTime = 0;

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

void runState() {
    digitalWrite(13, HIGH); //打開LED燈
    currentState = RUN_STATE;
    startTime = millis(); //記錄開始時間
}

void blinkState() {
    if (millis() - startTime >= 500) {
        digitalWrite(13, !digitalRead(13)); //燈閃爍
        startTime = millis(); //更新開始時間
    }
}

void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT); //設置13號引腳為輸出模式
}

void loop() {
    switch(currentState) {
        case STOP_STATE:
            if (digitalRead(2) == HIGH) {
                runState(); //轉換到「燈打開」狀態
            }
            break;
        case RUN_STATE:
            if (digitalRead(3) == HIGH) {
                stopState(); //轉換到「燈關閉」狀態
            } else {
              blinkState(); //轉換到「燈閃爍」狀態
            }
            break;
    }
}

在上面的代碼中，我們定義了三個狀態：stopState、runState和blinkState。在setup函數中，我們設置13號引腳為輸出模式。在loop函數中，通過switch語句控制狀態機。當currentState為STOP_STATE時，表示燈關閉的狀態，此時如果2號引腳的輸入為HIGH，就轉換到燈打開的狀態；當currentState為RUN_STATE時，表示燈打開的狀態，此時如果3號引腳的輸入為HIGH，就轉換到燈關閉的狀態，否則就轉換到燈閃爍的狀態。在blinkState函數中，我們通過比較當前時間和開始時間，來模擬LED燈的閃爍效果。