【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

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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：

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=,

  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=,

  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 = ; 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：

    StateTransformm* pTrans;

    pTrans = findTrans(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 = ;

    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[] = { 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 = ; i < ; i++) {

        runStateMachine(&stateMachine, inputEvent[i]);

    }

    return ;

}

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。

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