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关于状态机, 基础的知识点可以自行理解, 讲解的很多, 这里主要是想写一个有限状态机 FSM 通用的写法, 目的在于更好理解, 移植, 节省代码阅读与调试时间, 体现出编程之美.
传统的实现方案
if...else : 搞一大堆 if else, 一个函数写很长很长......
swich...case : 也搞一大堆一个函数写很长很长......
先来看看最近做的一个项目, 无线通信协议实现的状态机是什么样子的:
有三种类型的事件: 上层下达的命令事件; 下层到达的标志和数据传输事件; 超时定时器超时事件. 有 10 种状态, 关联性很大, 复杂了吧, 这要是各种 if/else 的要写到什么时候呢.
偷偷放一张讨论的图, 乱七八糟形容很恰当.
在事件中判断状态, 在状态中判断事件, 横竖两种写法的代码都比较冗长, 看起来呢也不大好, 一旦增减, 就又要动脑子重新梳理一遍, 很累的.
怎么去写呢? 其状态机原理: 在根据当前状态 (cur_state) 下, 发生事件(event) 后, 转移到下一个状态号(nxt_state), 决定执行的动作(action). 盗用一个图吧
这里我们首先定义一个结构体如下:
- typedef struct {
- State curState;// 当前状态
- EventID eventId;// 事件 ID
- State nextState;// 下个状态
- Action action;// 具体表现}
- StateTransform;
我们假设有 3 种状态, 这里可以随意增加, 状态枚举如下:
typedef enum { state_1=1, state_2, state_3} State;
我们假设有 5 个事件, 也可以随意增加, 事件 ID 枚举如下:
typedef enum{ event_1=1, event_2, event_3, event_4, event_5}EventID;
将其封装起来在 StateMachine 中:
typedef struct{ State state; int transNum; StateTransform* transform; }StateMachine;
具体流程: 当前状态 - 有事件触发 - 跳到下个状态 - 具体表现, 重构代码
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; }
状态机实现如下:
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);
最后我模拟一些随机事件, 我们只需要弄清楚事件 ID, 状态切换, 具体表现就可以了, 在代码中就是填写 stateTran[] 这个表, 一旦有增减事件, 状态等等, 也不需要再去使用 switch/case, 特费脑, 其代码如下:
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; }
最后运行结果如下
总结:
状态机应用很广泛, 也可以锻炼我们写代码的逻辑思维, 看清问题的本质, 写的代码才能赏心悦目, 希望大家能够多多指点, 找到编程的乐趣, 欣赏到编程之美.
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