【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

2019 年 10 月 3 日
笔记

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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;

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;

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;

将其封装起来在StateMachine中：

typedef struct{    State state;    int transNum;    StateTransform* transform;  }StateMachine;

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;  }

状态机实现如下：

    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;  }