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：

【编程之美】用C语言实现状态机 - 图1

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。

【编程之美】用C语言实现状态机 - 图2

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

【编程之美】用C语言实现状态机 - 图3

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;

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;

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;

将其封装起来在 StateMachine 中：

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

  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. }

状态机实现如下：

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

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;
  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 };
  22.   int i;
  23.   for (i = 0; i < 15; i++) {
  24.     runStateMachine(&stateMachine, inputEvent[i]);
  25.   }
  26.   return 0;
  27. }

最后运行结果如下

【编程之美】用C语言实现状态机 - 图4

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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