有限状态机是一种数学概念,运用到程序中,可用于有限数量的状态的变化,每个子程序进行一些处理并选择下一种状态。
基本的实现思路是用一张表保存所有可能的状态,并列出进入每个状态时可能执行的所有动作,其中后一个动作是计算下一个应该进入的状态。运行状态是从初始状态开始,不停的在各个状态之间转换,直到结束状态。
FSM的实现方式:
1)switch/case或者if/else
这无意是直观的方式,使用一堆条件判断,会编程的人都可以做到,对简单小巧的状态机来说合适,但是毫无疑问,这样的方式比较原始,对庞大的状态机难以维护。
2)状态表
维护一个二维状态表,横坐标表示当前状态,纵坐标表示输入,表中一个元素存储下一个状态和对应的操作。这一招易于维护,但是运行时间和存储空间的代价较大。
3)使用State Pattern
使用State Pattern使得代码的维护比switch/case方式稍好,性能上也不会有很多的影响,但是也不是100%完美。不过Robert C. Martin做了两个自动产生FSM代码的工具,for java和for C++各一个,在http://www.objectmentor.com/resources/index上有免费下载,这个工具的输入是纯文本的状态机描述,自动产生符合State Pattern的代码,这样developer的工作只需要维护状态机的文本描述,每必要冒引入bug的风险去维护code。
4)使用宏定义描述状态机
一般来说,C++编程中应该避免使用#define,但是这主要是因为如果用宏来定义函数的话,很容易产生这样那样的问题,但是巧妙的使用,还是能够产生奇妙的效果。MFC是使用宏定义来实现大的架构的。
在实现FSM的时候,可以把一些繁琐无比的if/else还有花括号的组合放在宏中,这样,在代码中可以3)中状态机描述文本一样写,通过编译器的预编译处理产生1)一样的效果,我见过产生C代码的宏,如果要产生C++代码,己软MFC可以,那么理论上也是可行的。
密码锁的例子
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>
typedef enum{ STATE0 = 0, STATE1, STATE2, STATE3, STATE4, }STATE;
int main()
{ char ch; STATE current_state = STATE0; while(1){ printf("In put password:"); while((ch = getchar()) != ' ') { if((ch < '0') || (ch > '9')) { printf("Input num,ok?/n"); break; } switch(current_state){ case STATE0: if(ch == '2') current_state = STATE1; break; case STATE1: if(ch == '4') current_state = STATE2; break; case STATE2: if(ch == '7') current_state = STATE3; break; case STATE3: if(ch == '9') current_state = STATE4; break; default: current_state = STATE0; break; } }
if(current_state == STATE4){ printf("Correct, lock is open! "); current_state = STATE0; }else { printf("Wrong, locked! "); current_state = STATE0; } break; } return 0;
}