状態パターン

状態パターンは、オブジェクトの内部状態が変化したときにその動作を変更できるようにする動作 ソフトウェア設計パターンです。このパターンは、有限状態マシンの概念に近いものです。状態パターンは、パターンのインターフェイスで定義されたメソッドの呼び出しを通じて戦略を切り替えることができる 戦略パターンとして解釈できます。

状態パターンは、コンピュータプログラミングにおいて、同じオブジェクトの内部状態に基づいて、そのオブジェクトのさまざまな動作をカプセル化するために使用されます。これは、条件文に頼ることなく、実行時にオブジェクトの動作を変更するためのよりクリーンな方法であり、保守性を向上させることができます。^{[1] : 395}

状態設計パターンは、 Gang of Four によって文書化された23 の設計パターンの 1 つであり、繰り返し発生する設計上の問題を解決する方法を説明しています。このような問題は、実装、変更、テスト、再利用が容易なオブジェクトなど、柔軟で再利用可能なオブジェクト指向ソフトウェアの設計をカバーしています。^[3]

状態パターンは2つの主な問題を解決するために設定されています: ^[4]

• オブジェクトは、内部状態が変化すると動作も変化します。
• 状態固有の動作は独立して定義する必要があります。つまり、新しい状態を追加しても、既存の状態の動作には影響しません。

クラス内に直接状態固有の動作を実装すると、クラスが特定の動作にコミットされ、クラスを変更せずにクラスから独立して新しい状態を追加したり、既存の状態の動作を変更したりすることができなくなるため、柔軟性がなくなります。この点について、パターンでは 2 つのソリューションについて説明します。

• 各状態に対して状態固有の動作をカプセル化する個別の (状態) オブジェクトを定義します。つまり、状態固有の動作を実行するためのインターフェイス (状態) を定義し、各状態のインターフェイスを実装するクラスを定義します。
• クラスは、状態固有の動作を直接実装するのではなく、状態固有の動作を現在の状態オブジェクトに委任します。

これにより、クラスは状態固有の動作の実装方法に依存しなくなります。新しい状態クラスを定義することで、新しい状態を追加できます。クラスは、現在の状態オブジェクトを変更することで、実行時に動作を変更できます。

添付の統一モデリング言語(UML)クラス図では、Contextクラスは状態固有の動作を直接実装していません。代わりに、は状態固有の動作を実行するためのインターフェイス ( )Contextを参照します。このインターフェイスは、状態固有の動作の実装方法とは無関係です。およびクラスはインターフェイスを実装します。つまり、各状態の状態固有の動作を実装 (カプセル化) します。UMLシーケンス図は、実行時の相互作用を示しています。 Statestate.handle()ContextConcreteStateAConcreteStateBState

オブジェクトContextは、状態固有の動作をさまざまなStateオブジェクトに委任します。最初に、現在の (初期) 状態オブジェクト ( )をContext呼び出します。このオブジェクトは、操作を実行し、を呼び出してコンテキストの現在の状態を に変更します。次に、 は再び現在の状態オブジェクト ( ) を呼び出します。このオブジェクトは、操作を実行し、コンテキストの現在の状態を に変更します。 handle(this)ConcreteStateAsetState(ConcreteStateB)ContextConcreteStateBContexthandle(this)ConcreteStateBConcreteStateA

• 型状態分析

ウィキブックのコンピュータサイエンスデザインパターンには、さまざまな言語における状態の実装に関するページがあります。