有限状态机

有限状态机是一种数学概念,运用到程序中,可用于有限数量的状态的变化,每个子程序进行一些处理并选择下一种状态。

基本的实现思路就是用一张表保存所有可能的状态,并列出进入每个状态时可能执行的所有动作,其中最后一个动作就是计算下一个应该进入的状态。运行状态就是从初始状态开始,不停的在各个状态之间转换,直到结束状态。


FSM的实现方式:
1) switch/case或者if/else

这无意是最直观的方式,使用一堆条件判断,会编程的人都可以做到,对简单小巧的状态机来说最合适,但是毫无疑问,这样的方式比较原始,对庞大的状态机难以维护。


2) 状态表

维护一个二维状态表,横坐标表示当前状态,纵坐标表示输入,表中一个元素存储下一个状态和对应的操作。这一招易于维护,但是运行时间和存储空间的代价较大。


3) 使用State Pattern

使用State Pattern使得代码的维护比switch/case方式稍好,性能上也不会有很多的影响,但是也不是100%完美。不过Robert C. Martin做了两个自动产生FSM代码的工具,for java和for C++各一个,在http://www.objectmentor.com/resources/index上有免费下载,这个工具的输入是纯文本的状态机描述,自动产生符合State Pattern的代码,这样developer的工作只需要维护状态机的文本描述,每必要冒引入bug的风险去维护code。


4) 使用宏定义描述状态机
一般来说,C++编程中应该避免使用#define,但是这主要是因为如果用宏来定义函数的话,很容易产生这样那样的问题,但是巧妙的使用,还是能够产生奇妙的效果。MFC就是使用宏定义来实现大的架构的。

在实现FSM的时候,可以把一些繁琐无比的if/else还有花括号的组合放在宏中,这样,在代码中可以3)中状态机描述文本一样写,通过编译器的预编译处理产生1)一样的效果,我见过产生C代码的宏,如果要产生C++代码,己软MFC可以,那么理论上也是可行的。


密码锁的例子

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>   

typedef enum{   
	STATE0 = 0,   
	STATE1,   
	STATE2,  
	STATE3,   
	STATE4,  
}STATE;
  

int main()   

{   
	char ch; 
	STATE current_state = STATE0;    
	while(1){   
		printf("In put password:");   
		while((ch = getchar()) != '\n')
		{   
			if((ch < '0') || (ch > '9'))
			{   
				printf("Input num,ok?/n");   
				break;   
			}   
			switch(current_state){   
			case STATE0:   
				if(ch == '2')   current_state = STATE1;   
				break;   
			case STATE1:   
				if(ch == '4')   current_state = STATE2;   
				break;   
			case STATE2:   
				if(ch == '7')   current_state = STATE3;   
				break;   
			case STATE3:   
				if(ch == '9')   current_state = STATE4;   
				break;   
			default:   
				current_state = STATE0;   
				break;   
			}   
		}   

		if(current_state == STATE4){   
			printf("Correct, lock is open!\n");   
			current_state =   STATE0;
			
		}else
		{
			printf("Wrong, locked!\n");   
			current_state =   STATE0;
			
		}
		break;
	}   
	return 0;   

} 


有限状态机_第1张图片

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