基于C語言的狀態機實現方案

關于狀態機，基礎的知識點可以自行理解。本文主要講解的是一個有限狀態機FSM通用的寫法，目的在于更好理解，移植，節省代碼閱讀與調試時間，體現出編程之美。

傳統的實現方案：

if...else : 搞一大堆if else, 一個函數寫很長很長......

swich...case : 也搞一大堆一個函數寫很長很長......

下面，我們先來看看最近做的一個項目，無線通信協議實現的狀態機是什么樣子的：

有三種類型的事件：上層下達的命令事件；下層到達的標志和數據傳輸事件；超時定時器超時事件。有10種狀態，關聯性很大，復雜了吧，這要是各種if/else的要寫到什么時候呢。

偷偷放一張討論的圖，亂七八糟形容很恰當。

在事件中判斷狀態，在狀態中判斷事件，橫豎兩種寫法的代碼都比較冗長，看起來呢也不大好，一旦增減，就又要動腦子重新梳理一遍，很累的。

怎么去寫呢？其狀態機原理：在根據當前狀態(cur_state) 下，發生事件(event)后，轉移到下一個狀態號(nxt_state)，決定執行的動作(ac tion)。盜用一個圖吧！

這里我們首先定義一個結構體如下：

typedef struct { ?State curState;//當前狀態 ?EventID eventId;//事件ID ?State nextState;//下個狀態 ?Action action;//具體表現}StateTransform;

我們假設有3種狀態，這里可以隨意增加，狀態枚舉如下：

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

我們假設有5個事件，也可以隨意增加，事件ID枚舉如下：

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

將其封裝起來在StateMachine中：

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

具體流程：當前狀態-有事件觸發-跳到下個狀態-具體表現，重構代碼。

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;}

狀態機實現如下：

void runStateMachine(StateMachine* pSM, EventID evt) { ?StateTransform* pTrans; ?pTrans = findTranss(pSM, evt); ?if (pTrans == NULL) ?{ ? ?xil_printf( "CurState= %s Do not process enent: %s
", pSM->state,evt); ? ?return; ?} ?pSM->state = pTrans->nextState; ?Action act = pTrans->action; ?if (act == NULL) { ? ?xil_printf( "change state to %s. No action
",pSM->state); ? ?return; ?} ?act(&evt);}

最后，模擬一些隨機事件，我們只需要弄清楚事件ID，狀態切換，具體表現就可以了，在代碼中就是填寫 ?stateTran[] 這個表，一旦有增減事件，狀態等等，也不需要再去使用switch/case，特費腦，其代碼如下：

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;}

最后運行結果如下：