C语言--实现状态机

向右看齐 2022-11-15 12:59 211阅读 0赞

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：

![图片][8135bf0fcf4f66a772121b815fd50bcd.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。

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。

![图片][5b9a227b11c0df0d27c1782e1a2656c5.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：

![图片][66ecf90bda2243872c1d9877e6460492.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。

[8135bf0fcf4f66a772121b815fd50bcd.png]: /images/20221022/a8882f22b21a44a8b523d5c09d03f093.png
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