【WinForm】中級：シンプルなステートマシンの実装とswitch文との比較

2024年8月28日

この資料では、WinFormアプリケーションでステートマシンの概念を実装する方法と、switch文との違いについて学びます。ステートマシンは、状態ごとに異なる動作を行うシステムであり、特定の状態に応じてプログラムの動作を管理するための設計パターンです。switch文との違いを理解することで、適切な場面での設計選択ができるようになります。

1. 1. アプリケーションの概要
2. 2. ステートマシンの設計
3. 3. コード実装
4. 4. switch文との比較
5. 5. 動作確認
6. 6. まとめ

1. アプリケーションの概要

このサンプルアプリケーションには以下のコンポーネントが含まれます。

Button: 状態を切り替えるためのボタン。
Label: 現在の状態を表示するラベル。

ボタンをクリックすると、アプリケーションは次の状態に移行し、ラベルの表示が更新されます。

2. ステートマシンの設計

ステートマシンは、以下の3つの状態を持ちます。

開始状態（Start State）: 初期状態。
実行中状態（Running State）: ボタンをクリックするとこの状態に移行します。
終了状態（End State）: もう一度ボタンをクリックするとこの状態に移行します。

各状態はIStateインターフェースを実装するクラスとして定義します。

3. コード実装

3.1 インターフェースの定義

public interface IState
{
    void Handle(StateContext context);
    string GetStateName();
}

3.2 各状態のクラス

public class StartState : IState
{
    public void Handle(StateContext context)
    {
        context.SetState(new RunningState());
    }

    public string GetStateName()
    {
        return "Start State";
    }
}

public class RunningState : IState
{
    public void Handle(StateContext context)
    {
        context.SetState(new EndState());
    }

    public string GetStateName()
    {
        return "Running State";
    }
}

public class EndState : IState
{
    public void Handle(StateContext context)
    {
        context.SetState(new StartState());
    }

    public string GetStateName()
    {
        return "End State";
    }
}

3.3 状態管理クラス

public class StateContext
{
    private IState state;

    public StateContext(IState initialState)
    {
        SetState(initialState);
    }

    public void SetState(IState newState)
    {
        state = newState;
    }

    public void Request()
    {
        state.Handle(this);
    }

    public string GetStateName()
    {
        return state.GetStateName();
    }
}

3.4 WinFormの設定

Button と Label をフォームに配置します。
ボタンの Click イベントに以下のコードを追加します。

public partial class Form1 : Form
{
    private StateContext stateContext;

    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
        stateContext = new StateContext(new StartState());
        UpdateStateLabel();
    }

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        stateContext.Request();
        UpdateStateLabel();
    }

    private void UpdateStateLabel()
    {
        label1.Text = stateContext.GetStateName();
    }
}

4. `switch`文との比較

ステートマシンとswitch文には、似ている点がある一方で、それぞれ異なる特徴があります。

4.1 `switch`文の例

enum State
{
    Start,
    Running,
    End
}

State currentState = State.Start;

void HandleState()
{
    switch (currentState)
    {
        case State.Start:
            currentState = State.Running;
            break;
        case State.Running:
            currentState = State.End;
            break;
        case State.End:
            currentState = State.Start;
            break;
    }
}

4.2 比較と使い分け

設計の拡張性: ステートマシンは状態をクラスとして定義するため、状態の追加や変更が容易で、オブジェクト指向設計に適しています。一方、switch文は簡潔ですが、状態が増えるとコードが複雑になります。
責務の分離: ステートマシンでは各状態が独立したクラスとして実装されるため、コードの再利用やテストが容易です。switch文は1つの関数にすべてのロジックが詰め込まれるため、変更に弱くなります。
コードの再利用性: ステートマシンの設計は再利用がしやすく、変更にも柔軟に対応できますが、switch文はそれが難しい場合があります。