「编程之美」函数指针方法实现简单状态机(附代码)

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状态机简介

有限状态机FSM是有限个状态及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型，是一种逻辑单元内部的高效编程方法，可以根据不同状态或者消息类型进行相应的处理逻辑，使得程序逻辑清晰易懂。

函数指针实现FSM

使用函数指针实现FSM可以分为3个步骤

1. 建立相应的状态表和动作查询表
2. 根据状态表、事件、动作表定位相应的动作处理函数
3. 执行完成后再进行状态的切换

代码实现步骤

定义状态数据的枚举类型

 

typedef enum { 
  state_1=1, 
  state_2, 
  state_3, 
  state_4 
}State; 

定义事件的枚举类型

 

typedef enum{ 
  event_1=1, 
  event_2, 
  event_3, 
  event_4, 
  event_5 
}EventID; 

定义状态表的数据类型

 

typedef struct 
{ 
    int event;   //事件 
    int CurState;  //当前状态 
    void (*eventActFun)();  //函数指针 
    int NextState;  //下一个状态 
}StateTable; 

定义处理函数及建立状态表

 

void f121() 
{ 
    printf("this is f121\n"); 
} 
void f221() 
{ 
    printf("this is f221\n"); 
} 
void f321() 
{ 
    printf("this is f321\n"); 
} 
 
void f122() 
{ 
    printf("this is f122\n"); 
} 
 
StateTable fTable[] = 
{ 
    //{到来的事件，当前的状态，将要要执行的函数，下一个状态} 
    { event_1,  state_1,    f121,  event_2 }, 
    { event_2,  state_2,    f221,  event_3 }, 
    { event_3,  state_3,    f321,  event_4 }, 
    { event_4,  state_4,    f122,  event_1 }, 
    //add your code here 
}; 

状态机类型，及状态机接口函数

 

 
typedef struct { 
    int curState;//当前状态 
    StateTable * stateTable;//状态表 
    int size;//表的项数 
}fsmType; 
 
 
void fsmRegist(fsmType* pFsm, StateTable* pTable) 
{ 
    pFsm->stateTable = pTable; 
} 
 
 
void fsmStateTransfer(fsmType* pFsm, int state) 
{ 
    pFsm->curState = state; 
} 
 
 
void fsmEventHandle(fsmType* pFsm, int event) 
{ 
    StateTable* pActTable = pFsm->stateTable; 
    void (*eventActFun)() = NULL;  //函数指针初始化为空 
    int NextState; 
    int CurState = pFsm->curState; 
    int maxNum = pFsm->size; 
    int flag = 0; //标识是否满足条件 
 
     
    for (int i = 0; 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 
    { 
         
        if (eventActFun) 
        { 
            eventActFun(); 
        } 
 
        //跳转到下一个状态 
        fsmStateTransfer(pFsm, NextState); 
    } 
    else 
    { 
        printf("there is no match\n"); 
    } 
} 

附代码

代码直接复制过去就行啦，本想打包的，太麻烦了。

测试程序

 

//编译器：http://www.dooccn.com/cpp/ 
//来源：技术让梦想更伟大 
//作者：李肖遥 
#include  
 
typedef enum { 
  state_1=1, 
  state_2, 
  state_3, 
  state_4 
}State; 
 
typedef enum{ 
  event_1=1, 
  event_2, 
  event_3, 
  event_4, 
  event_5 
}EventID; 
 
typedef struct { 
    int event;   //事件 
    int CurState;  //当前状态 
    void (*eventActFun)();  //函数指针 
    int NextState;  //下一个状态 
}StateTable; 
 
void f121() 
{ 
    printf("this is f121\n"); 
} 
void f221() 
{ 
    printf("this is f221\n"); 
} 
void f321() 
{ 
    printf("this is f321\n"); 
} 
 
void f122() 
{ 
    printf("this is f122\n"); 
} 
 
StateTable fTable[] = 
{ 
    //{到来的事件，当前的状态，将要要执行的函数，下一个状态} 
    { event_1,  state_1,    f121,  event_2 }, 
    { event_2,  state_2,    f221,  event_3 }, 
    { event_3,  state_3,    f321,  event_4 }, 
    { event_4,  state_4,    f122,  event_1 }, 
    //add your code here 
}; 
 
 
typedef struct { 
    int curState;//当前状态 
    StateTable * stateTable;//状态表 
    int size;//表的项数 
}fsmType; 
 
 
void fsmRegist(fsmType* pFsm, StateTable* pTable) 
{ 
    pFsm->stateTable = pTable; 
} 
 
 
void fsmStateTransfer(fsmType* pFsm, int state) 
{ 
    pFsm->curState = state; 
} 
 
 
void fsmEventHandle(fsmType* pFsm, int event) 
{ 
    StateTable* pActTable = pFsm->stateTable; 
    void (*eventActFun)() = NULL;  //函数指针初始化为空 
    int NextState; 
    int CurState = pFsm->curState; 
    int maxNum = pFsm->size; 
    int flag = 0; //标识是否满足条件 
 
     
    for (int i = 0; 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 
    { 
         
        if (eventActFun) 
        { 
            eventActFun(); 
        } 
 
        //跳转到下一个状态 
        fsmStateTransfer(pFsm, NextState); 
    } 
    else 
    { 
        printf("there is no match\n"); 
    } 
} 
 
int main() 
{ 
    fsmType pType; 
    fsmRegist(&pType,fTable); 
    pType.curState = state_1; 
    pType.size = sizeof(fTable)/sizeof(StateTable); 
 
 
    printf("init state:%d\n\n",pType.curState); 
 
    fsmEventHandle(&pType,event_1); 
    printf("state:%d\n\n",pType.curState); 
 
    fsmEventHandle(&pType,event_2); 
    printf("state:%d\n\n",pType.curState); 
 
    fsmEventHandle(&pType,event_3); 
    printf("state:%d\n\n",pType.curState); 
 
    fsmEventHandle(&pType,event_4); 
    printf("state:%d\n\n",pType.curState); 
 
    fsmEventHandle(&pType,event_2); 
    printf("state:%d\n\n",pType.curState); 
 
    return 0; 
} 

编译结果

总结

使用函数指针实现的FSM的过程还是比较费时费力的，但是这一切相对一大堆的if/else、switch/case来说都是值得的，当你的程序规模变得越来越大的时候，基于这种表结构的状态机，维护程序起来会清晰很多。