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<title>03 状态模式：人与水的三态.md.html</title>
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<a href="/">
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<span>技术文章摘抄</span>
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<div class="book-menu uncollapsible">
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<li><a href="/" class="current-tab">首页</a></li>
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<li><a href="../">上一级</a></li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/00 生活中的设计模式：启程之前，请不要错过我.md.html">00 生活中的设计模式：启程之前，请不要错过我.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/01 监听模式：坑爹的热水器.md.html">01 监听模式：坑爹的热水器.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/02 适配模式：身高不够鞋来凑.md.html">02 适配模式：身高不够鞋来凑.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a class="current-tab" href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/03 状态模式：人与水的三态.md.html">03 状态模式：人与水的三态.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/04 单例模式：你是我生命的唯一.md.html">04 单例模式：你是我生命的唯一.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/05 职责模式：我的假条去哪了.md.html">05 职责模式：我的假条去哪了.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/06 中介模式：找房子问中介.md.html">06 中介模式：找房子问中介.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/07 代理模式：帮我拿一下快递.md.html">07 代理模式：帮我拿一下快递.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/08 装饰模式：你想怎么穿就怎么穿.md.html">08 装饰模式：你想怎么穿就怎么穿.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/09 工厂模式：你要拿铁还是摩卡.md.html">09 工厂模式：你要拿铁还是摩卡.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/10 迭代模式：下一个就是你了.md.html">10 迭代模式：下一个就是你了.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/11 组合模式：自己组装电脑.md.html">11 组合模式：自己组装电脑.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/12 构建模式：想要车还是庄园.md.html">12 构建模式：想要车还是庄园.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/13 克隆模式：给你一个分身术.md.html">13 克隆模式：给你一个分身术.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/14 策略模式：怎么来不重要，人到就行.md.html">14 策略模式：怎么来不重要，人到就行.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/15 命令模式：大闸蟹，走起！.md.html">15 命令模式：大闸蟹，走起！.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/16 备忘模式：好记性不如烂笔头.md.html">16 备忘模式：好记性不如烂笔头.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/17 享元模式：颜料很贵必须充分利用.md.html">17 享元模式：颜料很贵必须充分利用.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/18 外观模式：学妹别慌，学长帮你.md.html">18 外观模式：学妹别慌，学长帮你.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/19 访问模式：一千个读者一千个哈姆雷特.md.html">19 访问模式：一千个读者一千个哈姆雷特.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/20 生活中的设计模式：与经典设计模式的不解渊源.md.html">20 生活中的设计模式：与经典设计模式的不解渊源.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/21 生活中的设计模式：那些未完待续的设计模式.md.html">21 生活中的设计模式：那些未完待续的设计模式.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/22 深入解读过滤器模式：制作一杯鲜纯细腻的豆浆.md.html">22 深入解读过滤器模式：制作一杯鲜纯细腻的豆浆.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/23 深入解读对象池技术：共享让生活更便捷.md.html">23 深入解读对象池技术：共享让生活更便捷.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/24 深入解读回调机制：把你技能亮出来.md.html">24 深入解读回调机制：把你技能亮出来.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/25 谈谈我对设计模式的理解.md.html">25 谈谈我对设计模式的理解.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/26 谈谈我对设计原则的思考.md.html">26 谈谈我对设计原则的思考.md.html</a>
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</li>
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<li>
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/27 谈谈我对项目重构的看法.md.html">27 谈谈我对项目重构的看法.md.html</a>
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</li>
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</ul>
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</div>
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</div>
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<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
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<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
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||
</div>
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<script>
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function add_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
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inner.classList.add('show')
|
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}
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function remove_inner() {
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let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
|
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inner.classList.remove('show')
|
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||
}
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function sidebar_toggle() {
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let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
|
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
|
||
|
||
let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
|
||
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if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
|
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sidebar_toggle.classList.remove('extend')
|
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sidebar.classList.remove('hide')
|
||
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content.classList.remove('extend')
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} else { // hide
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sidebar_toggle.classList.add('extend')
|
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sidebar.classList.add('hide')
|
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content.classList.add('extend')
|
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||
}
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}
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function open_sidebar() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
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let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
|
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sidebar.classList.add('show')
|
||
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||
overlay.classList.add('show')
|
||
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||
}
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function hide_canvas() {
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let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
|
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|
||
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
|
||
|
||
sidebar.classList.remove('show')
|
||
|
||
overlay.classList.remove('show')
|
||
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||
}
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||
</script>
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<div class="off-canvas-content">
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<div class="columns">
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<div class="column col-12 col-lg-12">
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<div class="book-navbar">
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<!-- For Responsive Layout -->
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<header class="navbar">
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<section class="navbar-section">
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<a onclick="open_sidebar()">
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<i class="icon icon-menu"></i>
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</a>
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</section>
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</header>
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</div>
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<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
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overflow-x: auto;
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overflow-y: hidden;">
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<div class="book-post">
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<p id="tip" align="center"></p>
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<div><h1>03 状态模式：人与水的三态</h1>
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<p>【故事剧情】</p>
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<blockquote>
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<p>一个天气晴朗的周末，Tony 想去图书馆给自己充充电。于是背了一个双肩包，坐了一个多小时地铁，来到了首都图书馆。走进一个阅览室，Tony 看到一个青涩的小女孩拿着一本中学物理教科书，认真地看着热力学原理……女孩容貌像极了 Tony 中学的物理老师，不知不觉间 Tony 想起了他那可爱的老师，想起了那最难忘的一节课……</p>
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||
|
||
<p>Viya 老师站在一个三尺讲堂上，拿到一本教科书，给大家讲着水的特性：人有少年、壮年、老年三个不同的阶段；少年活泼可爱，壮年活力四射，老年充满智慧。 水也一样，水有三种不同的状态：固态——冰坚硬寒冷，液态——水清澈温暖，气态——气虚无缥缈。更有意思的是水不仅有三种状态，而且三种状态还可以相互转换。冰吸收热量可以熔化成水，水吸收热量可以汽化为气，气释放热量可以凝华成冰……</p>
|
||
|
||
<p>虽然时隔十几年，但 Viya 老师那甜美的容貌和生动的讲课方式依然历历在目……</p>
|
||
|
||
</blockquote>
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||
<p><img src="assets/01c7a430-d58f-11e7-8179-bbfbeabb6f9b.jpg" alt="enter image description here" /></p>
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||
|
||
<h3>用程序来模拟生活</h3>
|
||
|
||
<p>水是世界上最奇特的物质之一，不仅滋润万物，更是变化万千。你很难想象冰、水、气其实是同一个东西 H2O，看到冰你可能更会联想到玻璃、石头，看到水你可能更会联想到牛奶、可乐，看到气可能更会联想到空气、氧气。三个不同状态下的水好像是三种不同的东西。</p>
|
||
|
||
<p>水的状态变化万千，而程序也可以实现万千的功能。那如何用程序来模拟水的三种不同状态及相互转化呢？</p>
|
||
|
||
<p>我们从对象的角度来考虑会有哪些类，首先不管它是什么状态始终是水（H2O），所以会有一个 Water 类；而它又有三种状态，我们可以定义三个状态类：SolidState，LiquidState，GaseousState；从 SolidState，LiquidState，GaseousState 这三个单词中我们会发现都有一个 State 后缀，于是我们会想它们之间是否有一些共性，能否提取出一个更抽象的类，这个类就是状态类（State）。这些类之间的关系大致如下：</p>
|
||
|
||
<p><img src="assets/b3878420-d5b1-11e7-8179-bbfbeabb6f9b.jpg" alt="enter image description here" /></p>
|
||
|
||
<p>Ok，我们已经知道了大概的关系，那就开始 Coding 实现吧，在实现的过程中不断完善。</p>
|
||
|
||
<p>源码示例：</p>
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||
|
||
<pre><code class="language-python">class Water:
|
||
|
||
"水(H2O)"
|
||
def __init__(self, state):
|
||
|
||
self.__temperature = 25
|
||
|
||
self.__state = state
|
||
def setState(self, state):
|
||
|
||
self.__state = state
|
||
def changeState(self, state):
|
||
|
||
if (self.__state):
|
||
|
||
# cout << "由" << m_pState->GetStateName() << "变为" << pState->GetStateName() << endl;
|
||
|
||
print("由", self.__state.getStateName(), "变为", state.getStateName())
|
||
|
||
else:
|
||
|
||
print("初始化为", state.getStateName())
|
||
|
||
self.__state = state
|
||
def getTemperature(self):
|
||
|
||
return self.__temperature
|
||
def setTemperature(self, temperature):
|
||
|
||
self.__temperature = temperature
|
||
|
||
if (self.__temperature <= 0):
|
||
|
||
self.changeState(SolidState("固态"))
|
||
|
||
elif (self.__temperature <= 100):
|
||
|
||
self.changeState(LiquidState("液态"))
|
||
|
||
else:
|
||
|
||
self.changeState(GaseousState("气态"))
|
||
def riseTemperature(self, step):
|
||
|
||
self.setTemperature(self.__temperature + step)
|
||
def reduceTemperature(self, step):
|
||
|
||
self.setTemperature(self.__temperature - step)
|
||
def behavior(self):
|
||
|
||
self.__state.behavior(self)
|
||
class State:
|
||
|
||
"状态"
|
||
def __init__(self, name):
|
||
|
||
self.__name = name
|
||
def getStateName(self):
|
||
|
||
return self.__name
|
||
def behavior(self, water):
|
||
|
||
pass
|
||
class SolidState(State):
|
||
|
||
"固态"
|
||
def __init__(self, name):
|
||
|
||
super().__init__(name)
|
||
def behavior(self, water):
|
||
|
||
print("我性格高冷，当前体温", water.getTemperature(),
|
||
|
||
"摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……")
|
||
class LiquidState(State):
|
||
|
||
"液态"
|
||
def __init__(self, name):
|
||
|
||
super().__init__(name)
|
||
def behavior(self, water):
|
||
|
||
print("我性格温和，当前体温", water.getTemperature(),
|
||
|
||
"摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……")
|
||
class GaseousState(State):
|
||
|
||
"气态"
|
||
def __init__(self, name):
|
||
|
||
super().__init__(name)
|
||
def behavior(self, water):
|
||
|
||
print("我性格热烈，当前体温", water.getTemperature(),
|
||
|
||
"摄氏度，飞向天空是我毕生的梦想，在这你将看不到我的存在，我将达到无我的境界……")
|
||
</code></pre>
|
||
|
||
<p>测试代码：</p>
|
||
|
||
<pre><code class="language-python">def testState():
|
||
|
||
"状态模式的测试代码"
|
||
|
||
water = Water(LiquidState("液态"))
|
||
|
||
water.behavior()
|
||
|
||
water.setTemperature(-4)
|
||
|
||
water.behavior()
|
||
|
||
water.riseTemperature(18)
|
||
|
||
water.behavior()
|
||
|
||
water.riseTemperature(110)
|
||
|
||
water.behavior()
|
||
|
||
water.setTemperature(60)
|
||
|
||
water.behavior()
|
||
|
||
water.reduceTemperature(80)
|
||
|
||
water.behavior()
|
||
</code></pre>
|
||
|
||
<p>输出结果：</p>
|
||
|
||
<pre><code>我性格温和，当前体温 25 摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……
|
||
|
||
由 液态 变为 固态
|
||
|
||
我性格高冷，当前体温 -4 摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……
|
||
|
||
由 固态 变为 液态
|
||
|
||
我性格温和，当前体温 14 摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……
|
||
|
||
由 液态 变为 气态
|
||
|
||
我性格热烈，当前体温 124 摄氏度，飞向天空是我毕生的梦想，在这你将看不到我的存在，我将达到无我的境界……
|
||
|
||
由 气态 变为 液态
|
||
|
||
我性格温和，当前体温 60 摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……
|
||
|
||
由 液态 变为 固态
|
||
|
||
我性格高冷，当前体温 -20 摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……
|
||
</code></pre>
|
||
|
||
<h3>从剧情中思考状态模式</h3>
|
||
|
||
<p>从上面的 Demo 中我们可以发现，水就有三种不同状态冰、水、水蒸汽，三种不同的状态有着完全不一样的外在特性：</p>
|
||
|
||
<ol>
|
||
|
||
<li>冰，质坚硬，无流动性，表面光滑；</li>
|
||
|
||
<li>水，具有流动性；</li>
|
||
|
||
<li>水蒸汽，质轻，肉眼看不见，却存在于空气中。这三种状态的特性是不是相差巨大？简直就不像是同一种东西，但事实却是不管它在什么状态，其内部组成都是一样的，都是水分子（H2O）。</li>
|
||
|
||
</ol>
|
||
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<p>如水一般，<strong>状态</strong>即事物所处的某一种形态。<strong>状态模式</strong>是说一个对象在其内部状态发生改变时，其表现的行为和外在属性不一样，这个对象看上去就像是改变了它的类型一样。因此，状态模式又称为对象的行为模式。</p>
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<h3>状态模式的模型抽象</h3>
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<h4>代码框架</h4>
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<p>上面的示例代码还是相对比较粗糙，也有一些不太合理的实现，如：</p>
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<ol>
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<li>Water 的 setTemperature（self，temperature）方法不符合程序设计中的开放封闭原则。虽然水只有三种状态，但其他场景下的状态模式的应用可能会有更多的状态，如果要再加一个状态（State），则要在 SetTemperature 中再一个 if else 判断。</li>
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<li>表示状态的类应该只会有一个实例，因为不可能出现“固态1”、“固态2”的情形，所以状态类的实现要使用单例，关于单例模式，会在下一章中进一步讲述。</li>
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</ol>
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<p>针对这些问题，我们可以对它进行进一步的重构和优化，抽象出状态模式的框架模型。</p>
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<pre><code class="language-python">class Context:
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"状态模式的上下文环境类"
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def __init__(self):
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self.__states = []
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self.__curState = None
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# 状态发生变化依赖的信息数据,在有多个变量决定状态的
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# 实际复杂应用场景中，可以将其单独定义成一个类
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self.__stateInfo = 0
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def addState(self, state):
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if (state not in self.__states):
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self.__states.append(state)
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def changeState(self, state):
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if (state is None):
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return False
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if (self.__curState is None):
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print("初始化为", state.getStateName())
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else:
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print("由", self.__curState.getStateName(), "变为", state.getStateName())
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self.__curState = state
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self.addState(state)
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return True
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def getState(self):
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return self.__curState
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def _setStateInfo(self, stateInfo):
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self.__stateInfo = stateInfo
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for state in self.__states:
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if( state.isMatch(stateInfo) ):
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self.changeState(state)
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def _getStateInfo(self):
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return self.__stateInfo
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class State:
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"状态的基类"
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def __init__(self, name):
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self.__name = name
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def getStateName(self):
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return self.__name
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def isMatch(self, stateInfo):
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"状态信息stateInfo是否在当前的状态范围内"
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return False
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def behavior(self, context):
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pass
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</code></pre>
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<h4>类图</h4>
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<p>上面的代码框架可用类图表示如下：</p>
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<p><img src="assets/574c9b30-d5b3-11e7-ba8d-675556ef95d9.jpg" alt="enter image description here" /></p>
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<h3>基于框架的实现</h3>
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<p>有了上面的代码框架之后，我们要实现示例代码的功能就会更简单了。最开始的示例代码我们假设它为 version 1.0，那么再看看基于框架的 version 2.0 吧。</p>
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<pre><code class="language-python">class Water(Context):
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"水(H2O)"
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def __init__(self):
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super().__init__()
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self.addState(SolidState("固态"))
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self.addState(LiquidState("液态"))
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self.addState(GaseousState("气态"))
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self.setTemperature(25)
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def getTemperature(self):
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return self._getStateInfo()
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def setTemperature(self, temperature):
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self._setStateInfo(temperature)
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def riseTemperature(self, step):
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self.setTemperature(self.getTemperature() + step)
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def reduceTemperature(self, step):
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self.setTemperature(self.getTemperature() - step)
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def behavior(self):
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state = self.getState()
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if(isinstance(state, State)):
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state.behavior(self)
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# 单例的装饰器
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def singleton(cls, *args, **kwargs):
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"构造一个单例的装饰器"
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instance = {}
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def __singleton(*args, **kwargs):
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if cls not in instance:
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instance[cls] = cls(*args, **kwargs)
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return instance[cls]
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return __singleton
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@singleton
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||
class SolidState(State):
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"固态"
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def __init__(self, name):
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super().__init__(name)
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def isMatch(self, stateInfo):
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return stateInfo < 0
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def behavior(self, context):
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if (isinstance(context, Water)):
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||
print("我性格高冷，当前体温", context.getTemperature(),
|
||
|
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"摄氏度，我坚如钢铁，仿如一冷血动物，请用我砸人，嘿嘿……")
|
||
@singleton
|
||
|
||
class LiquidState(State):
|
||
|
||
"液态"
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||
def __init__(self, name):
|
||
|
||
super().__init__(name)
|
||
def isMatch(self, stateInfo):
|
||
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||
return (stateInfo >= 0 and stateInfo < 100)
|
||
def behavior(self, context):
|
||
|
||
if (isinstance(context, Water)):
|
||
|
||
print("我性格温和，当前体温", context.getTemperature(),
|
||
|
||
"摄氏度，我可滋润万物，饮用我可让你活力倍增……")
|
||
@singleton
|
||
|
||
class GaseousState(State):
|
||
|
||
"气态"
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||
def __init__(self, name):
|
||
|
||
super().__init__(name)
|
||
def isMatch(self, stateInfo):
|
||
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||
return stateInfo >= 100
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||
def behavior(self, context):
|
||
|
||
if (isinstance(context, Water)):
|
||
|
||
print("我性格热烈，当前体温", context.getTemperature(),
|
||
|
||
"摄氏度，飞向天空是我毕生的梦想，在这你将看不到我的存在，我将达到无我的境界……")
|
||
</code></pre>
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<p>这里只要改一下上面测试代码的第一行就可以了：</p>
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<pre><code class="language-python">water = Water()
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</code></pre>
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<p>自己跑一下，会发现输出结果和之前的是一样的。</p>
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<h4>模型说明</h4>
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<ol>
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<li>在状态模式实现的时候，实现的场景状态有时候会非常复杂。决定状态变化的因素也会非常多，这个时候我们可以把决定状态变化的属性单独抽象成一个类 StateInfo，这样判断状态属性是否符合当前的状态 isMatch 时就可以传入更多的信息。</li>
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<li>每一种状态应当只有唯一的一个实例。</li>
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</ol>
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<h3>应用场景</h3>
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<ol>
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<li>一个对象的行为取决于它的状态，并且它在运行时可能经常改变它的状态从而改变它的行为。</li>
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<li>一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态，且每一个分支的业务逻辑非常复杂时，我们可以使用状态模式来拆分他不同分支逻辑，使程序有更好的可读性可维护性。</li>
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</ol>
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</div>
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</div>
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<div>
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<div style="float: left">
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/02 适配模式：身高不够鞋来凑.md.html">上一页</a>
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</div>
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<div style="float: right">
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<a href="/专栏/白话设计模式 28 讲（完）/04 单例模式：你是我生命的唯一.md.html">下一页</a>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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</div>
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<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
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</div>
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<script defer src="https://static.cloudflareinsights.com/beacon.min.js/v652eace1692a40cfa3763df669d7439c1639079717194" integrity="sha512-Gi7xpJR8tSkrpF7aordPZQlW2DLtzUlZcumS8dMQjwDHEnw9I7ZLyiOj/6tZStRBGtGgN6ceN6cMH8z7etPGlw==" data-cf-beacon='{"rayId":"70997b7f8a2a3cfa","version":"2021.12.0","r":1,"token":"1f5d475227ce4f0089a7cff1ab17c0f5","si":100}' crossorigin="anonymous"></script>
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</body>
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<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
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<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
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<script>
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window.dataLayer = window.dataLayer || [];
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function gtag() {
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dataLayer.push(arguments);
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}
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gtag('js', new Date());
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gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
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var path = window.location.pathname
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var cookie = getCookie("lastPath");
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console.log(path)
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if (path.replace("/", "") === "") {
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if (cookie.replace("/", "") !== "") {
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console.log(cookie)
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document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
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}
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} else {
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setCookie("lastPath", path)
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}
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function setCookie(cname, cvalue) {
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var d = new Date();
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d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
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var expires = "expires=" + d.toGMTString();
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document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
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}
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function getCookie(cname) {
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var name = cname + "=";
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var ca = document.cookie.split(';');
|
||
|
||
for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
|
||
|
||
var c = ca[i].trim();
|
||
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||
if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
|
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}
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return "";
|
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}
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</script>
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</html>
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