【編程之美】用C語言實現狀態機(實用)

2019 年 10 月 3 日
筆記

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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……

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，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，狀態枚舉如下：

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枚舉如下：

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，重構代碼

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: %srn", pSM->state,evt);          return;      }      pSM->state = pTrans->nextState;      Action act = pTrans->action;      if (act == NULL) {          xil_printf( "change state to %s. No actionrn",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：

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;  }