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@TakagiToru

StateパターンをJavaScriptとJavaのコードを比較して理解する

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はじめに

詳しいことや他のパターンはデザインパターンをJavaScriptとJavaでの実装を比較して理解するに書いていきます。
JavaScriptの例はJavaのを見て書きました。
クラス型・プロトタイプ型、型付の強弱、アクセス修飾子など特徴の違いなどは活かしていません。
ご了承ください。

Stateパターン

「状態」というものをクラスとして表現する
stateとは「状態(ものごとのありさま)」を意味する

Javaでの実装例

時刻ごとに警備の状態が変化する金庫警備システムを考えてみる

クラス図

State.png

コード

Main.java
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SafeFrame frame = new SafeFrame("State Sample");
        while (true) {
            for (int hour = 0; hour < 24; hour++) {
                frame.setClock(hour);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {

                }
            }
        }
    }
}
Context.java
public interface Context {
    public abstract void setClock(int hour);
    public abstract void changeState(State state);
    public abstract void callSecurityCenter(String msg);
    public abstract void recordLog(String msg);
}
SafeFrame.java
import java.awt.Frame;
import java.awt.Label;
import java.awt.Color;
import java.awt.Button;
import java.awt.TextField;
import java.awt.TextArea;
import java.awt.Panel;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.awt.event.ActionEvent;

public class SafeFrame extends Frame implements ActionListener, Context {
    private TextField textClock = new TextField(60);
    private TextArea textScreen = new TextArea(10, 60);
    private Button buttonUse = new Button("金庫使用");
    private Button buttonAlarm = new Button("非常ベル");
    private Button buttonPhone = new Button("通所通話");
    private Button buttonExit = new Button("終了");

    private State state = DayState.getInstance();

    public SafeFrame(String title) {
        super(title);
        setBackground(Color.lightGray);
        setLayout(new BorderLayout());

        add(textClock, BorderLayout.NORTH);
        textClock.setEditable(false);

        add(textScreen, BorderLayout.CENTER);
        textScreen.setEditable(false);

        Panel panel = new Panel();
        panel.add(buttonUse);
        panel.add(buttonAlarm);
        panel.add(buttonPhone);
        panel.add(buttonExit);

        add(panel, BorderLayout.SOUTH);

        pack();
        setVisible(true);

        buttonUse.addActionListener(this);
        buttonAlarm.addActionListener(this);
        buttonPhone.addActionListener(this);
        buttonExit.addActionListener(this);
    } 

    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println(e.toString());
        if (e.getSource() == buttonUse) {
            state.doUse(this);
        } else if (e.getSource() == buttonAlarm) {
            state.doAlarm(this);
        } else if (e.getSource() == buttonPhone) {
            state.doPhone(this);
        } else if (e.getSource() == buttonExit) {
            System.exit(0);
        } else {
            System.out.println("?");
        }
    }

    public void setClock(int hour) {
        String clockstring = "現在時刻は";

        if (hour < 10) {
            clockstring += "0" + hour + ":00";
        } else {
            clockstring += hour + ":00";
        }
        System.out.println(clockstring);
        textClock.setText(clockstring);
        state.doClock(this, hour);
    }

    public void changeState(State state) {
        System.out.println(this.state + "から" + state + "へ状態が変化しました。");
        this.state = state;
    }

    public void callSecurityCenter(String msg) {
        textScreen.append("call! " + msg + "\n");
    }

    public void recordLog(String msg) {
        textScreen.append("record ... " + msg + "\n");
    }
}
State.java
public interface State {
    public abstract void doClock(Context context, int hour);
    public abstract void doUse(Context context);
    public abstract void doAlarm(Context context);
    public abstract void doPhone(Context context);
}
DayState.java
public class DayState implements State {
    private static DayState singleton = new DayState();

    private DayState() {

    }
    public static State getInstance() {
        return singleton;
    }
    public void doClock(Context context, int hour) {
        if (hour < 9 || 17 <= hour) {
            context.changeState(NightState.getInstance());
        }
    }
    public void doUse(Context context) {
        context.recordLog("金庫使用(昼間)");
    }
    public void doAlarm(Context context) {
        context.callSecurityCenter("非常ベル(昼間)");
    }
    public void doPhone(Context context) {
        context.callSecurityCenter("通常の通話(昼間)");
    }
    public String toString() {
        return "[昼間]";
    }
}
NightState.java
public class NightState implements State {
    private static NightState singleton = new NightState();

    private NightState() {

    }
    public static State getInstance() {
        return singleton;
    }
    public void doClock(Context context, int hour) {
        if (9 <= hour && hour < 17) {
            context.changeState(DayState.getInstance());
        }
    }
    public void doUse(Context context) {
        context.callSecurityCenter("非常：夜間の金庫使用！");
    }
    public void doAlarm(Context context) {
        context.callSecurityCenter("非常ベル(夜間)");
    }
    public void doPhone(Context context) {
        context.recordLog("夜間の通話録音");
    }
    public String toString() {
        return "[夜間]";
    }
}

JavaScriptでの実装例

コード

index.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>Stateパターン</title>
    <link rel="stylesheet" type="text/css" href="style.css">
</head>
<body>
<div class="main container flex">
    <input type="text" name="output" disabled="disabled">
    <textarea disabled="disabled"></textarea>
    <div class="button_area flex">
        <button>金庫使用</button>
        <button>非常ベル</button>
        <button>通常電話</button>
        <button>終了</button>
    </div>
</div>
<script src="Main.js"></script>
<script src="Context.js"></script>
<script src="DayState.js"></script>
<script src="NightState.js"></script>
</body>
</html>
style.css
/****************************************************************
                        共通部分
****************************************************************/
/*reset*/
body, div, dl, dt, dd, ul, ol, li, h1, h2, h3, h4, h5, h6, pre, form, 
fieldset, input, textarea, p, blockquote, th, td{
    margin: 0;
    padding: 0;
}
html{
}
h1, h2, h3, h4, h5, h6{
    font-size: 100%;
    font-weight: normal;
}
ol, ul{
    list-style:none;
}
fieldset, img{
    border:0;
}
table{
    border-collapse: collapse;
    border-spacing:0;
}
caption, th{
    text-align: left;
}
address, caption, cite, code, dfn, em, strong, th, var{
    font-style: normal;
    font-weight: normal;
}
img {
   vertical-align: bottom;
}
html {
    font-size: 10px;
    font-size: 62.5%;
}
a {
    color: #000;
    text-decoration: none;
}
/*setting*/
body {
    font-size: 10px;
    font-size: 1rem;
    background-color: #dbdbdb;
}
.container {
    width: 490px;
    margin: 0 auto;
}
.flex {
    display: flex;
    justify-content: space-between;
    align-items: center;
}
/*main*/
.main {
    margin-top: 20px;
    flex-direction: column;
}
.main input {
    width: 100%;
    height: 25px;
    border: 1px solid #000;
    box-sizing: border-box;
}
.main textarea {
    width: 100%;
    height: 200px;
    box-sizing: border-box;
    border: 1px solid #000;
    border-top: 0;
    overflow: scroll;
}
.main textarea:focus {
    outline: 0;

}
.main .button_area {
    width: 100%;
    border:1px solid #000;
    border-top: 0;
    justify-content: center;
    box-sizing: border-box;
}
.button_area button {
    margin: 5px;
}
Main.js
MAIN = {};
MAIN.context;
MAIN.timer;
MAIN.hour;

MAIN.init = function() {
    MAIN.context = new Context();
    MAIN.hour = 0;
    MAIN.timer = setInterval(MAIN.mainLoop, 500);
};
MAIN.mainLoop = function() {
    MAIN.context.setClock(MAIN.hour);
    MAIN.hour += 1;
    if (MAIN.hour === 25) {
        MAIN.hour = 0;
    }
};

window.addEventListener("load", MAIN.init);
Context.js
var Context = function() {
    this.state = DAY_STATE.dayState.getInstance();
    this.textFieldElm = document.querySelector(".main input[type='text']");
    this.textAreaElm = document.querySelector(".main textarea");

    document.querySelectorAll(".main .button_area button").forEach(function(b) {
        switch (b.innerText) {
            case "金庫使用":
                b.addEventListener("click", function() {
                    MAIN.context.state.doUse(MAIN.context);
                });
                break;
            case "非常ベル":
                b.addEventListener("click", function() {
                    MAIN.context.state.doAlarm(MAIN.context);
                });
                break;
            case "通常電話":
                b.addEventListener("click", function() {
                    MAIN.context.state.doPhone(MAIN.context);
                });
                break;
            case "終了":
                b.addEventListener("click", function() {
                    window.close();
                });
                break;
        }
    });
};

Context.prototype = {
    constructor: Context,

    setClock: function(hour) {
        var clockString = "現在時刻は";

        if (hour < 10) {
            clockString += "0" + hour + ":00";
        } else {
            clockString += hour + ":00";
        }
        console.log(clockString);
        this.textFieldElm.value = clockString;
        this.state.doClock(this, hour);

    },
    changeState: function(state) {
        console.log(this.state.getName() + "からk" + state.getName() + "へ状態が変化しました。");
        this.state = state;
    },
    callSecurityCenter: function(msg) {
        this.textAreaElm.value += msg + "\n";
        this.textAreaElm.scrollTop = this.textAreaElm.scrollHeight;
    },
    recordLog: function(msg) {
        this.textAreaElm.value += msg + "\n";
        this.textAreaElm.scrollTop = this.textAreaElm.scrollHeight;
    }
};
DayState.js
DAY_STATE = {};
DAY_STATE.dayState = (function() {
    var singleton;
    var name;

    var init = function() {
        name = "[昼間]"
        return {
            doClock: function(context, hour) {
                if (hour < 9 || 17 <= hour) {
                    context.changeState(NIGHT_STATE.nightState.getInstance());
                }
            },
            doUse: function(context) {
                context.recordLog("金庫使用(昼間)");
            },
            doAlarm: function(context) {
                context.callSecurityCenter("非常ベル(昼間)");
            },
            doPhone(context) {
                context.callSecurityCenter("通常の通話(昼間)");
            },
            getName: function() {
                return name;
            }
        };
    };

    return {
        getInstance: function() {
            if (!singleton) {
                singleton = init();
            }

            return singleton;
        }
    }
})();
NightState.js
NIGHT_STATE = {};
NIGHT_STATE.nightState = (function() {
    var singleton;
    var name;

    var init = function() {
        name = "[夜間]";
        return {
            doClock: function(context, hour) {
                if (9 <= hour && hour < 17) {
                    context.changeState(DAY_STATE.dayState.getInstance());
                }
            },
            doUse: function(context) {
                context.recordLog("非常：夜間の金庫使用！")
            },
            doAlarm: function(context) {
                context.callSecurityCenter("非常ベル(夜間)");
            },
            doPhone: function(context) {
                context.callSecurityCenter("夜間の通話録音");
            },
            getName: function() {
                return name;
            }
        };
    };

    return {
        getInstance: function() {
            if (!singleton) {
                singleton = init();
            }

            return singleton;
        }
    };
})();

Stateパターンの登場人物

State(状態)の役

状態を表す
状態に依存した振る舞いをするメソッドの集まり
サンプルプログラム⇒State(interface)

ConcreateState(具体的な状態)の役

具体的な個々の状態を表現する
サンプルプログラム⇒DayState(class), NightState(class)

Context(状況、前後関係、文脈)の役

現在の状態を表す
サンプルプログラム⇒Context(interface)

Stateパターンのクラス図

State2.png

Stateパターンの必要性

if文やswitch文で状態の変化を見て、動きを変えることもできる

Sample.java
public void method1(状態) {
  if (状態A) {
    System.out.println("状態Aなのでこんにちは");
  }
  if (状態B) {
    System.out.println("状態Bなのでこんばんは");
  }
}

public void method2(状態) {
  if (状態A) {
    System.out.println("状態AなのでHello");
  }
  if (状態B) {
    System.out.println("状態BなのでGood evening");
  }
}

だが、プログラマは毎回状態の違いを意識しなければならない
状態が追加された時も、多くの場所を編集しないといけない
状態をクラスとして表現していれば、クラスを切り替えることによって「状態の変化」を表せる

qiita1.PNG

新しい状態を追加するときにConcreateState役を追加すれば良いだけなのでわかりやすい

qiita2.PNG

Stateパターンの使い時

関連しているパターン

参考

増補改訂版Java言語で学ぶデザインパターン入門

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