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【编程之美】用C语言实现状态机(实用)
电子禅石 | 2020-06-01 14:21:00    阅读:73   发布文章
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:

10.png

  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。

12.jpg

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


13.png


 这里我们首先定义一个结构体如下:

typedef struct {  
State curState;//当前状态  
EventID eventId;//事件ID  
State nextState;//下个状态  Action action;//具体表现}StateTransform;

  我们假设有3种状态,这里可以随意增加,状态枚举如下:

typedef enum { 
 state_1=1,  
 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:

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

   将其封装起来在StateMachine中:

typedef struct{  
State state;  
int 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

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;
}

   状态机实现如下:

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

 最后运行结果如下

14.png

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。


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