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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:
- 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;
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:
- typedef enum {
- state_1=1,
- state_2,
- state_3
- }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:
- typedef enum{
- event_1=1,
- event_2,
- event_3,
- event_4,
- event_5
- }EventID;
复制代码 将其封装起来在StateMachine中:
- typedef struct{
- State state;
- int transNum;
- StateTransform* transform;
- }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
- 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;
- }
复制代码 状态机实现如下:
- void runStateMachine(StateMachine* pSM, EventID evt) {
- StateTransform* pTrans;
- pTrans = findTranss(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);
- }
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:
- 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;
- }
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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