C语言状态机学习笔记一

╰+攻爆jí腚メ 2022-09-26 03:11 276阅读 0赞

出处：[http://www.cnblogs.com/tangerious/p/4565833.html][http_www.cnblogs.com_tangerious_p_4565833.html]

状态机的好处不用多说，自己百度去，但传统的编程模式，无论是C语言，或是硬件FPGA的Verilog都是采用switch-case  
结构，硬件的还好说，是并行的，但如果是C语言实现状态机则可能需要对每个case进行判断，状态少比如几个可能没什  
么效率之类的问题，但状态多几十个上百个呢，那么就需要进行上百次的判断是否匹配，毫无疑问效率很低，切每次的  
状态切换时间也不确定。那么有没有一种好的实现模式不用switch-case结构呢？下面我来为C语言状态机的实现建立一  
个最优模式。  
实现  
前面说了一堆装bi的废话，下面进入正题，前段时间研究了下函数式编程，发现C语言的循环结构完全可以用尾递归（不  
懂百度）实现，最后C就只剩下唯有if和switch还不能用函数式编程实现，而今天要讲的状态机模式就是用函数式编程实  
现switch-case，那么switch-case其实可以看做一种查找的跳转，我们知道C语言中goto可以实现跳转，那么还有什么可  
以实现跳转呢，答案是函数调用，但是又需要如何实现指定的函数调用呢，难道要用if判断，显然没什么意义，那么又  
没有比if判断（如果上百次判断）更高效的东西呢？有人已经想到是查表，如果将查表和函数调用结合，那么就是函数  
指针数组的应用了！  
上代码！首先定义一个函数指针类型，为什么要带void \*的参数后面会说：  
  
  
typedef unsigned char State;  
typedef State(\*Procedure)(void \*);  
这样就可以方便地定义一个函数指针数组：  
  
  
Procedure Steps\[\] = \{ step\_init, step\_count, step\_done, step\_default \};  
  
  
step\_init，step\_count等是函数名，再定义状态：  
  
  
enum states\{ s\_init, s\_count, s\_done, s\_default \};  
  
  
枚举定义对应着\{0,1,2,3\}，有了这些再状态机联系那么可以想到，数组的索引就是状态定义，上核心代码，两行（简单  
  
  
吧！关键是想到）：  
  
  
void BestStateMachine(void \* invar)  
\{  
static State NS = s\_init; //定义下一状态  
NS = Steps\[NS\](invar);  
\}  
  
  
static的变量NS在每次BestStateMachine调用会得到维护，我们只需再每Steps返回下一个状态并保存到NS中可以实现状  
  
  
态的保存和切换。再说说为什么要加个void\*的参数，状态机一般有很多自身变量的维护，而且对于mealy状态机还需根  
  
  
据输入判断，因为函数调用返回是不保留局部变量的，那么就需要将变量传递来实现更改和保存，之所以只用了一个  
  
  
void\*参数是因为，如果需要保存和传递的变量很多，直接传递会在调用函数是浪费大量的栈空间，且效率低下，采用这  
  
  
种模式，你可以将变量用一个结构体封装，然后将结构体指针传递给void \*的形参，再函数内部再强制转换即可使用结  
  
  
构体内部的变量。现在你已经在嘀咕这作者真啰嗦，好上实例代码，就是一个简单的计数器（以前学状态机都从计数器  
  
  
开始），在计数完成打印信息：  
\#include<stdio.h>  
typedef unsigned char State;  
typedef State(\*Procedure)(void \*);  
enum states\{ s\_init, s\_count, s\_done, s\_default \};//状态定义  
typedef struct \_SM\_VAR //对状态机参数封装  
\{  
int cnt;  
\}SM\_VAR;  
State step\_init(void \* arg)//初始化  
\{  
SM\_VAR \*p = (SM\_VAR \*)arg;  
p->cnt = 0;  
printf("CS:init ;cnt=%d;NS:count\\n", p->cnt);  
return s\_count;  
\}  
State step\_count(void \* arg)//计数  
\{  
SM\_VAR \*p = (SM\_VAR \*)arg;  
if (p->cnt < 3)\{  
p->cnt+=1;  
printf("CS:count;cnt=%d;NS:count\\n", p->cnt);  
return s\_count;  
\}  
else\{  
printf("CS:count;cnt=%d;NS:done\\n", p->cnt);  
return s\_done;  
\}  
\}  
State step\_done(void \* arg)//计数完成  
\{  
SM\_VAR \*p = (SM\_VAR \*)arg;  
printf("CS:done ;cnt=%d;NS:init\\n", p->cnt);  
return s\_init;  
\}  
State step\_default(void \* arg)//错误过程  
\{  
SM\_VAR \*p = (SM\_VAR \*)arg;  
printf("Wrong State\\n");  
return s\_init;  
\}  
Procedure Steps\[\] = \{ step\_init, step\_count, step\_done, step\_default \};  
  
  
void BestStateMachine(void \* invar)  
\{  
static State NS = s\_init; //定义下一状态  
NS = Steps\[NS\](invar);  
\}  
int main(void)  
\{  
SM\_VAR var;  
int i;  
for (i = 0; i <8; i++)\{//给状态机8个周期的时钟驱动  
BestStateMachine(&var);  
\}  
return 0;  
\}  
  
  
最后在VS2013上调试如下：  
  
  
CS:init ;cnt=0;NS:count  
CS:count;cnt=1;NS:count  
CS:count;cnt=2;NS:count  
CS:count;cnt=3;NS:count  
CS:count;cnt=3;NS:done  
CS:done ;cnt=3;NS:init  
CS:init ;cnt=0;NS:count  
CS:count;cnt=1;NS:count  
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