【編程之美】用C語言實現狀態機(實用)

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    關於狀態機，基礎的知識點可以自行理解，講解的很多，這里主要是想寫一個有限狀態機FSM通用的寫法，目的在於更好理解，移植，節省代碼閱讀與調試時間，體現出編程之美。

 

傳統的實現方案

• if...else : 搞一大堆if else, 一個函數寫很長很長......

• swich...case : 也搞一大堆一個函數寫很長很長......

 

    先來看看最近做的一個項目，無線通信協議實現的狀態機是什么樣子的：

 

 

    有三種類型的事件：上層下達的命令事件；下層到達的標志和數據傳輸事件；超時定時器超時事件。有10種狀態，關聯性很大，復雜了吧，這要是各種if/else的要寫到什么時候呢。

 

    偷偷放一張討論的圖，亂七八糟形容很恰當。

 

    在事件中判斷狀態，在狀態中判斷事件，橫豎兩種寫法的代碼都比較冗長，看起來呢也不大好，一旦增減，就又要動腦子重新梳理一遍，很累的。

 

    怎么去寫呢？其狀態機原理：在根據當前狀態(cur_state) 下，發生事件(event)后，轉移到下一個狀態號(nxt_state)，決定執行的動作(action)。盜用一個圖吧

 

 

    這里我們首先定義一個結構體如下：

typedef struct {
  State curState;//當前狀態
  EventID eventId;//事件ID
  State nextState;//下個狀態
  Action action;//具體表現}
StateTransform;

 

 

    我們假設有3種狀態，這里可以隨意增加，狀態枚舉如下：

typedef enum {
  state_1=1,
  state_2,
  state_3}
State;

 

    我們假設有5個事件，也可以隨意增加，事件ID枚舉如下：

typedef enum{
  event_1=1,
  event_2,
  event_3,
  event_4,
  event_5}EventID;

 

    將其封裝起來在StateMachine中：

typedef struct{
  State state;
  int transNum;
  StateTransform* transform;
}StateMachine;

 

 

    具體流程：當前狀態-有事件觸發-跳到下個狀態-具體表現，重構代碼

StateTransform* findTranss(StateMachine* pSM,  const EventID evt){
  int i;
  for (i = 0; i < pSM->transNum; i++) {
    if ((pSM->transform[i].curState == pSM->state) && (pSM->transform[i].eventId == evt)) {
      return &pSM->transform[i];
    }
  }
  return NULL;
}

 

    狀態機實現如下：

    StateTransformm* pTrans;
    pTrans = findTrans(pSM, evt);
    if (pTrans == NULL)
    {
        xil_printf( "CurState= %s Do not process enent: %s\r\n", pSM->state,evt);
        return;
    }
    pSM->state = pTrans->nextState;
    Action act = pTrans->action;
    if (act == NULL) {
        xil_printf( "change state to %s. No action\r\n",pSM->state);
        return;
    }
    act(&evt);

 

    最后我模擬一些隨機事件，我們只需要弄清楚事件ID，狀態切換，具體表現就可以了，在代碼中就是填寫 stateTran[] 這個表，一旦有增減事件，狀態等等，也不需要再去使用switch/case，特費腦，其代碼如下：

int run()
{
    StateMachine stateMachine;
    stateMachine.state = state_1;
    stateMachine.transNum = 7;
    StateTransform stateTran[] = {
        {state_1,event_3,state_2,f121},
        {state_1,event_4,state_2,NULL},
        {state_2,event_1,state_3,f231},
        {state_2,event_4,state_2,f221},
        {state_3,event_2,state_1,f311},
        {state_3,event_3,state_2,f321},
        {state_3,event_5,state_3,f331}
    };
    stateMachine.transform = stateTran;

    EventID inputEvent[15] = { event_1, event_2, event_3, event_4, event_5,
        event_1, event_2, event_3, event_4, event_5,
        event_1, event_2, event_3, event_4, event_5 };

    int i;
    for (i = 0; i < 15; i++) {
        runStateMachine(&stateMachine, inputEvent[i]);
    }
    return 0;
}

 

    最后運行結果如下

 

 

總結：

    狀態機應用很廣泛，也可以鍛煉我們寫代碼的邏輯思維，看清問題的本質，寫的代碼才能賞心悅目，希望大家能夠多多指點，找到編程的樂趣，欣賞到編程之美。

 

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