「编程之美」用C语言实现状态机(超实用)
「编程之美」用C语言实现状态机(超实用)
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:
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。
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
这里我们首先定义一个结构体如下:
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<span class="hljs-keyword">typedef</span> <span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">struct</span> {</span> State curState;<span class="hljs-comment">//当前状态 EventID eventId;//事件ID State nextState;//下个状态 Action action;//具体表现}StateTransform;</span> |
我们假设有3种状态,这里可以随意增加,状态枚举如下:
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<span class="hljs-keyword">typedef</span> <span class="hljs-keyword">enum</span> { state_1=<span class="hljs-number">1</span>, state_2, state_3}State; |
我们假设有5个事件,也可以随意增加,事件ID枚举如下:
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<span class="hljs-keyword">typedef</span> <span class="hljs-keyword">enum</span>{ event_1=<span class="hljs-number">1</span>, event_2, event_3, event_4, event_5}EventID; |
将其封装起来在StateMachine中:
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<span class="hljs-keyword">typedef</span> <span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">struct</span>{</span> State state; <span class="hljs-keyword">int</span> transNum; StateTransform* transform;}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
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StateTransform* findTranss(StateMachine* pSM, <span class="hljs-keyword">const</span> EventID evt){ int i; <span class="hljs-keyword">for</span> (i = <span class="hljs-number">0</span>; i < pSM->transNum; i++) { <span class="hljs-keyword">if</span> ((pSM->transform[i].curState == pSM->state) && (pSM->transform[i].eventId == evt)) { <span class="hljs-keyword">return</span> &pSM->transform[i]; } } <span class="hljs-keyword">return</span> <span class="hljs-keyword">NULL</span>;} |
状态机实现如下:
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void runStateMachine(StateMachine* pSM, EventID evt) { StateTransform* pTrans; pTrans = findTranss(pSM, evt); <span class="hljs-keyword">if</span> (pTrans == <span class="hljs-keyword">NULL</span>) { xil_printf( <span class="hljs-string">"CurState= %s Do not process enent: %s\r\n"</span>, pSM->state,evt); <span class="hljs-keyword">return</span>; } pSM->state = pTrans->nextState; Action act = pTrans->action; <span class="hljs-keyword">if</span> (act == <span class="hljs-keyword">NULL</span>) { xil_printf( <span class="hljs-string">"change state to %s. No action\r\n"</span>,pSM->state); <span class="hljs-keyword">return</span>; } act(&evt);} |
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:
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<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword">int</span> <span class="hljs-title">run</span><span class="hljs-params">()</span></span>{ StateMachine stateMachine; stateMachine.state = state_1; stateMachine.transNum = <span class="hljs-number">7</span>; StateTransform stateTran[] = { {state_1,event_3,state_2,f121}, {state_1,event_4,state_2,<span class="hljs-literal">NULL</span>}, {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[<span class="hljs-number">15</span>] = { 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 }; <span class="hljs-keyword">int</span> i; <span class="hljs-keyword">for</span> (i = <span class="hljs-number">0</span>; i < <span class="hljs-number">15</span>; i++) { runStateMachine(&stateMachine, inputEvent[i]); } <span class="hljs-keyword">return</span> <span class="hljs-number">0</span>;} |
最后运行结果如下
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。https://mp.weixin.qq.com/s/bI8Cjof3eO0_vHbzTwQRHQ
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