關于狀態機,基礎的知識點可以自行理解。本文主要講解的是一個有限狀態機FSM通用的寫法,目的在于更好理解,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......
下面,我們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:
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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;
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我們假設有3種狀態,這里可以隨意增加,狀態枚舉如下:
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typedef enum { ?state_1=1, ?state_2, ?state_3}State;
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我們假設有5個事件,也可以隨意增加,事件ID枚舉如下:
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typedef enum{ ?event_1=1, ?event_2, ?event_3, ?event_4, ?event_5}EventID;
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將其封裝起來在StateMachine中:
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typedef struct{ ?State state; ?int transNum; ?StateTransform* transform;}StateMachine;
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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。
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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;}
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狀態機實現如下:
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void runStateMachine(StateMachine* pSM, EventID evt) { ?StateTransform* pTrans; ?pTrans = findTranss(pSM, evt); ?if (pTrans == NULL) ?{ ? ?xil_printf( "CurState= %s Do not process enent: %s ", pSM->state,evt); ? ?return; ?} ?pSM->state = pTrans->nextState; ?Action act = pTrans->action; ?if (act == NULL) { ? ?xil_printf( "change state to %s. No action ",pSM->state); ? ?return; ?} ?act(&evt);}
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最后,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:
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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;
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?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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