【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

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【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

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：

1. typedef struct {
   
2.   State curState;//当前状态
   
3.   EventID eventId;//事件ID
   
4.   State nextState;//下个状态
   
5.   Action action;//具体表现
   
6. }StateTransform;

复制代码

我们假设有3种状态，这里可以随意增加，状态枚举如下：

1. typedef enum {
   
2.   state_1=1,
   
3.   state_2,
   
4.   state_3
   
5. }State;

复制代码

我们假设有5个事件，也可以随意增加，事件ID枚举如下：

1. typedef enum{
   
2.   event_1=1,
   
3.   event_2,
   
4.   event_3,
   
5.   event_4,
   
6.   event_5
   
7. }EventID;

复制代码

将其封装起来在StateMachine中：

1. 
   
2. typedef struct{
   
3.   State state;
   
4.   int transNum;
   
5.   StateTransform* transform;
   
6. }StateMachine;

复制代码

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

1. StateTransform* findTranss(StateMachine* pSM,  const EventID evt)
   
2. {
   
3.   int i;
   
4.   for (i = 0; i < pSM->transNum; i++) {
   
5.     if ((pSM->transform[i].curState == pSM->state) && (pSM->transform[i].eventId == evt)) {
   
6.       return &pSM->transform[i];
   
7.     }
   
8.   }
   
9.   return NULL;
   
10. }

复制代码

状态机实现如下：

1. 
   
2. void runStateMachine(StateMachine* pSM, EventID evt) {
   
3.   StateTransform* pTrans;
   
4.   pTrans = findTranss(pSM, evt);
   
5.   if (pTrans == NULL)
   
6.   {
   
7.     xil_printf( "CurState= %s Do not process enent: %s\r\n", pSM->state,evt);
   
8.     return;
   
9.   }
   
10.   pSM->state = pTrans->nextState;
    
11.   Action act = pTrans->action;
    
12.   if (act == NULL) {
    
13.     xil_printf( "change state to %s. No action\r\n",pSM->state);
    
14.     return;
    
15.   }
    
16.   act(&evt);
    
17. }
    

复制代码

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：

1. int run()
   
2. {
   
3.   StateMachine stateMachine;
   
4.   stateMachine.state = state_1;
   
5.   stateMachine.transNum = 7;
   
6.   StateTransform stateTran[] = {
   
7.     {state_1,event_3,state_2,f121},
   
8.     {state_1,event_4,state_2,NULL},
   
9.     {state_2,event_1,state_3,f231},
   
10.     {state_2,event_4,state_2,f221},
    
11.     {state_3,event_2,state_1,f311},
    
12.     {state_3,event_3,state_2,f321},
    
13.     {state_3,event_5,state_3,f331}
    
14.   };
    
15.   stateMachine.transform = stateTran;
    
16. 
    
17.   EventID inputEvent[15] =
    
18.   { event_1, event_2, event_3, event_4, event_5,
    
19.     event_1, event_2, event_3, event_4, event_5,
    
20.     event_1, event_2, event_3, event_4, event_5 };
    
21. 
    
22.   int i;
    
23.   for (i = 0; i < 15; i++) {
    
24.     runStateMachine(&stateMachine, inputEvent[i]);
    
25.   }
    
26.   return 0;
    
27. }

复制代码

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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jobszheng5

有限状态机这个可是必会的编程方案啊

xianying

mark 学习一下

alicekuonji

学习学习

chinaf

mark 学习一下

stm1024

FSM是一个简单高效的编程范式

l3142600073

学习！