这个编程技巧别说我没告诉你

2019 年 11 月 25 日
筆記

来源：公众号【编程珠玑】

作者：守望先生

ID：shouwangxiansheng

前言

有读者在后台留言说用c写一篇有限状态机的推文，正好之前也用过，就分享一下吧。

背景

先举一个简单的例子，假设是这样的，一个小孩有两种状态，睡眠，清醒。睡的时候可能会撒尿，微笑，撒尿之后会转为清醒状态，而清醒的时候可能会笑，会吃，吃完之后会转会睡眠状态用C语言实现，一般写法可能是这样的：

//来源：公众号【编程珠玑】  #include <stdio.h>  enum KID_STATUS  {      SLEEP = 0,      WAKE = 1,      INVALID = 2  };  enum KID_ACTION  {      SMILE = 0,      EAT = 1,      PEE = 2  };  /*孩子当前状态*/  static int nowStatus = WAKE;    /*孩子行为*/  int smile(int status)  {      printf("kid smilen");      return status;  }  int eat(int status)  {      printf("kid eatn");      return SLEEP;  }  int pee(int status)  {      printf("kid peen");      return WAKE;  }  /*孩子产生某个行为*/  void execute(int action)  {      int nextStatus;      /*醒着时的行为*/      if(WAKE == nowStatus)      {          switch(action)          {              case SMILE:              {                  nextStatus = smile(nowStatus);                  break;              }              case EAT:              {                  nextStatus = eat(nowStatus);                  break;              }              case PEE:              {                  nextStatus = pee(nowStatus);                  break;              }              default:                  printf("unknow action when wake %dn",action);                  nextStatus = nowStatus;                  break;          }      }      /*睡着时的行为*/      else if(SLEEP == nowStatus)      {          switch(action)          {              case SMILE:              {                  nextStatus = smile(nowStatus);                  break;              }              casePEE:              {                  nextStatus = pee(nowStatus);                  break;              }              default:                  printf("unknow action when sleep %dn",action);                  nextStatus = nowStatus;                  break;          }      }      else      {          printf("unknow actionn");      }      nowStatus = nextStatus;      printf("next status is %dn",nowStatus);  }  int main(void)  {      nowStatus = SLEEP;      execute(EAT);      return 0;  }

这段代码的意图就非常明显了，首先判断当前所在状态，然后找到其中的行为，最后执行。但是这段代码有以下几个特点：

新加一种行为需要修改execute函数
新加一种行为需要增加更多分支代码
新加一种状态，需要新增一个大的分支
哪些状态有哪些行为不是很明显

换一种写法

在《高级指针话题-函数指针》中介绍了函数指针，以及在《编程技巧-跳转表》介绍了函数跳转表。这里我们把代码调整一下，看看结合跳转表和状态机，能写出什么样的代码。

//来源：公众号【编程珠玑】地址：https://www.yanbinghu.com  #include <stdio.h>  /*省略枚举定义和函数定义，与前面相同*/  typedef int (*Handler)(int);//函数指针  /*用于处理某种状态的行为*/  typedef struct Act_Handler  {      int action;      Handler handler;  }Act_Handler;  /*某种状态的处理集*/  typedef struct Stat_Handler  {      int status;      int actNum;      Act_Handler *actHandler;  }Stat_Handler;  /*sleep状态行为处理*/  Act_Handler sleepHandler[] =  {      {SMILE,smile},      {PEE,pee}  };  /*wake状态行为处理*/  Act_Handler weakHandler[] =  {      {SMILE,smile},      {PEE,pee},      {EAT,eat}  };  /*状态处理*/  static Stat_Handler statHandler[] =  {      {SLEEP,sizeof(sleepHandler)/sizeof(Act_Handler),sleepHandler},      {WAKE,sizeof(weakHandler)/sizeof(Act_Handler),weakHandler},  };  static int statSize = sizeof(statHandler)/ sizeof(Stat_Handler);  void execute(int action)  {      if(nowStatus >= statSize)      {          printf("unknow statusn");          return;      }      printf("now status is %d,action %dn",nowStatus,action);      int nextStatus = nowStatus;      Act_Handler *actHandler = statHandler[nowStatus].actHandler;      int actNum = statHandler[nowStatus].actNum;      int actIdx = 0;      /*遍历指定状态下的行为集，找到对应的行为*/      for(actIdx = 0;actIdx < actNum;actIdx++)      {          if(actHandler[actIdx].action == action)          {              nextStatus = (actHandler[actIdx].handler)(action);              break;          }      }      if(actIdx == actNum)      {          printf("did find action %d in status %dn",action,nowStatus);      }      nowStatus = nextStatus;      printf("next status is %dn",nowStatus);  }  int main(void)  {      nowStatus = WAKE;      execute(EAT);      return 0;  }

这里简单说明一下execute函数中的执行流程。

判断当前状态合法性
在数组中找到对应状态的行为处理集
在处理集中找到对应的行为
处理结束

这种方式有什么特点呢？可以看到，在需要新加一个动作的时候，只需要在sleepHandler或者weakHandler中添加，完全不影响execute函数的改动。你甚至可以将不同状态分在不同的文件中管理，使得结构更加清晰明朗。

另外一方面，某种状态下，能执行哪些动作，非常清晰。

不过这样的写法对于初学者来说不太友好，但是不影响你添加新的内容。

有的读者可能会堪虑，在寻找行为的时候，for循环会不会很慢？首先这和case差别不大，通常不会有性能问题，其次除了使用数组，还可以考虑其他数据结构，例如哈希，我在《工作中用不到算法，为什么还要学算法？》中也提到了，数据结构和算法能更好地帮我们解决问题。

总结

本文代码较多，建议在实际环境中运行调试。完整可运行代码也可以阅读原文。