【程式設計之美】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，這裡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，節省程式碼閱讀與除錯時間，體現出程式設計之美。
傳統的實現方案
-
if...else : 搞一大堆if else, 一個函式寫很長很長......
-
swich...case : 也搞一大堆一個函式寫很長很長......
先來看看最近做的一個專案，無線通訊協議實現的狀態機是什麼樣子的：
有三種類型的事件：上層下達的命令事件；下層到達的標誌和資料傳輸事件；超時定時器超時事件。有10種狀態，關聯性很大，複雜了吧，這要是各種if/else的要寫到什麼時候呢。
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，橫豎兩種寫法的程式碼都比較冗長，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。
怎麼去寫呢？其狀態機原理：在根據當前狀態(cur_state) 下，發生事件(event)後，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
這裡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，這裡可以隨意增加，狀態列舉如下：
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列舉如下：
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，重構程式碼
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);
最後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，在程式碼中就是填寫 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，其程式碼如下：
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;
}
最後執行結果如下
總結：
狀態機應用很廣泛，也可以鍛鍊我們寫程式碼的邏輯思維，看清問題的本質，寫的程式碼才能賞心悅目，希望大家能夠多多指點，找到程式設計的樂趣，欣賞到程式設計之美。
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