有限状态机的实现
对于有限状态机的几点说明
- fsm应该是一个死循环
FSM的处理机制
- 状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。这样的归纳，主要是出于对状态机的内在因果关系的考虑。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下：
- ①现态：是指当前所处的状态。
- ②条件：又称为“事件”，当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
- ③动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。
④次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了 - 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。
简单状态机的实现（if/else）
int main()
{
int state = GET_UP;
//lbq的一天
while (1)
{
if (state == GET_UP)
{
GetUp(); //具体调用的函数
state = GO_TO_SCHOOL; //状态的转移
}
else if (state == GO_TO_SCHOOL)
{
GotoSchool();
state = HAVE_LUNCH;
}
else if (state == HAVE_LUNCH)
{
HaveLunch();
}
else if (state == SLEEP)
{
GotoBed();
state = GET_UP;
}
}
return 0;
}
- 这种实现方式适合小巧的状态机，这种实现方式难以维护。
在网上学习了一下状态表实现的状态机
- 参考代码如下（本代码是参考链接中的代码供参考）
#include <stdio.h>
//#include <windows.h> //windows
#include <unistd.h> //linux
//比如我们定义了小明一天的状态如下
enum
{
GET_UP,
GO_TO_SCHOOL,
HAVE_LUNCH,
DO_HOMEWORK,
SLEEP,
};
//我们定义的事件有以下几个
enum
{
EVENT1 = 1,
EVENT2,
EVENT3,
};
typedef struct FsmTable_s
{
int event; //事件
int CurState; //当前状态
void (*eventActFun)(); //函数指针
int NextState; //下一个状态
}FsmTable_t;
typedef struct FSM_s
{
FsmTable_t* FsmTable; //指向的状态表
int curState; //FSM当前所处的状态
}FSM_t;
int g_max_num; //状态表里含有的状态个数
void GetUp()
{
// do something
printf("xiao ming gets up!
");
}
void Go2School()
{
// do something
printf("xiao ming goes to school!
");
}
void HaveLunch()
{
// do something
printf("xiao ming has lunch!
");
}
void DoHomework()
{
// do something
printf("xiao ming does homework!
");
}
void Go2Bed()
{
// do something
printf("xiao ming goes to bed!
");
}
/*状态机注册*/
void FSM_Regist(FSM_t* pFsm, FsmTable_t* pTable)
{
pFsm->FsmTable = pTable;
}
/*状态迁移*/
void FSM_StateTransfer(FSM_t* pFsm, int state)
{
pFsm->curState = state;
}
/*事件处理*/
void FSM_EventHandle(FSM_t* pFsm, int event)
{
FsmTable_t* pActTable = pFsm->FsmTable;
void (*eventActFun)() = NULL; //函数指针初始化为空
int NextState;
int CurState = pFsm->curState;
int flag = 0; //标识是否满足条件
/*获取当前动作函数*/
for (int i = 0; i<g_max_num; i++)
{
//当且仅当当前状态下来个指定的事件，我才执行它
if (event == pActTable[i].event && CurState == pActTable[i].CurState)
{
flag = 1;
eventActFun = pActTable[i].eventActFun;
NextState = pActTable[i].NextState;
break;
}
}
if (flag) //如果满足条件了
{
/*动作执行*/
if (eventActFun)
{
eventActFun();
}
//跳转到下一个状态
FSM_StateTransfer(pFsm, NextState);
}
else
{
// do nothing
}
}
FsmTable_t XiaoMingTable[] =
{
//{到来的事件，当前的状态，将要要执行的函数，下一个状态}
{ EVENT1, SLEEP, GetUp, GET_UP },
{ EVENT2, GET_UP, Go2School, GO_TO_SCHOOL },
{ EVENT3, GO_TO_SCHOOL, HaveLunch, HAVE_LUNCH },
{ EVENT1, HAVE_LUNCH, DoHomework, DO_HOMEWORK },
{ EVENT2, DO_HOMEWORK, Go2Bed, SLEEP },
//add your codes here
};
//初始化FSM
void InitFsm(FSM_t* pFsm)
{
g_max_num = sizeof(XiaoMingTable) / sizeof(FsmTable_t);
pFsm->curState = SLEEP;
FSM_Regist(pFsm, XiaoMingTable);
}
//测试用的
void test(int *event)
{
if (*event == 3)
{
*event = 1;
}
else
{
(*event)++;
}
}
int main()
{
FSM_t fsm;
InitFsm(&fsm);
int event = EVENT1;
//小明的一天,周而复始的一天又一天，进行着相同的活动
while (1)
{
printf("event %d is coming...
", event);
FSM_EventHandle(&fsm, event);
printf("fsm current state %d
", fsm.curState);
test(&event);
Sleep(1); //休眠1秒，方便观察
}
return 0;
}
- 这种形式的有限状态机，适合规模比较大的，后期也易于维护。
实验成果
- 写了一个人颓废的一天。
总结
- 两种状态机各有优劣，总体来说状态表FSM更好一些。
- 在学习的过程中，由于能力有限只能做第一种，最简单无脑的状态机。
思考
- 昨天还在思考写这个无聊的状态机有什么用，老师上课说的地铁门的例子，我想应该是硬件实现的，也和计算机没关系呀 。为什么非要我们再用编程实现一次呢？
- 今早起床发现老师在群里给了我们答案。（看完过后也无感），只是觉得这是一次没有时间限制的编程，不像课上的编程测试那样时间紧巴巴的，每次感觉自己都快写完的时候时间到了，纯粹是想锻炼自己编程能力才做的实践。