程序设计之有限状态机

状态机？以前听说过，忘了是老师说的，还是老大说得了。当时的认识也就是字面的意思，无非是和状态以及状态转换有关系。也许在写过或者读过的一些代码中有遇到过有限状态机的程序，但是当时是一定没有想到这就是状态机吧。最近在学习一些东西的时候竟然多次遇到，觉得还是有必要写点关于程序设计中有限状态机的东西。

http://www.cppblog.com/CppExplore/archive/2008/01/23/41726.html，这里是一篇对状态机从定义到实现都有很好解释的文章，摘录部分如下：
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依据状态之间是否有包含关系，分以下两种
（1）常规状态机。状态机中的所有状态是不相交的、互斥的。
（2）层次状态机。状态机中的状态之间要么是互斥的，要么是真包含的，可以用树性结构来描述这些状态集，包含其它状态的状态称为枝节点，不包含其它状态的状态称为叶节点，为方便单树描述，总是设计一个状态包含所有的状态节点，称为根节点。状态机的状态只能停留在叶节点，而不能停留在枝节点，每个枝节点需要指定一个子节点为它的默认子节点，以便状态机进入枝节点的时候能够停留到叶节点。

一般都用switch/case if/else方式实现。在少量状态（3个及其以下）的时候，不需要引入专门的状态机模块。

常规状态机模块实现涉及到的结构由上而下为：
顶层结构是状态机：当前状态id，缺省操作，状态表，
状态表：状态数组
状态结构：状态id，状态名，进入操作，退出操作，缺省操作，状态事件表（数组）
状态事件结构：操作，事件，下一状态的id
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从代码易读及美观角度来说，建议用switch/case来实现。

 

从经验来看，在一些稍大的程序设计中一般都会有状态机的实现，特别是在分层实现，协议栈实现，编解码方面。

 

下面通过一个简单的例子来看下。这个例子是zigbee精简协议栈实现中的【这里只讲APS层的有限状态机，这是开放源代码的，对于该协议总体上是分层来实现的，每一次层都有状态机来进行实际的数据业务处理】。
（1）定义各状态
typedef enum _APS_STATE_ENUM
{
  APS_STATE_IDLE,
  APS_STATE_COMMAND_START,
  APS_STATE_GENERIC_TX_WAIT,
  APS_STATE_NWK_PASSTHRU_WAIT,
  APS_STATE_INDIRECT_GETDST,
  APS_STATE_INDIRECT_TX,
#ifdef LRWPAN_COORDINATOR
  APS_STATE_INJECT_INDIRECT,
#endif
  APS_STATE_ACK_SEND_START,
  APS_STATE_INDIRECT_TX_WAIT,
  APS_STATE_INJECT_LOOPBACK,
  APS_STATE_INDIRECT_LOOPBACK
 } APS_STATE_ENUM;
（2）设计有限状态机函数
void apsFSM(void)
{
apsFSM_start://状态机入口

 switch (apsState) //全局变量，指示当前状态
 {
  case APS_STATE_IDLE:
  if (aps_pib.flags.bits.ackSendPending)
   {
    apsState = APS_STATE_ACK_SEND_START;//状态转换
    goto apsFSM_start;
   }
   break;
 case APS_STATE_ACK_SEND_START:
   if (phyTxLocked())
   {
    break;
   }
   //send an ACK
   //lock the TX buffer
   phyGrabTxLock();
   //we are now ready
   apsFormatAck();
   phy_pib.currentTxFlen = 0;  //set frame length to zero, build from scratch
   apsTxData(TRUE);
   //data sent, release the RX buffer, will let RX FSM resume
   aps_pib.flags.bits.ackSendPending = 0;
   apsState = APS_STATE_GENERIC_TX_WAIT;

   break;

  case APS_STATE_GENERIC_TX_WAIT:
   if (!apsTXIdle())
   {
    break;
   }
   //TX is finished, copy status
   a_aps_service.status = apsTxFSM_status;
   //release the TX buffer lock before exiting.
   phyReleaseTxLock();
   apsState = APS_STATE_IDLE;
   if (aps_pib.flags.bits.indirectPending)
   {
    //have used this state to wait for finishing sending an
    //ACK back to the source of an indirect transmit. Now
    //finish resolving the indirect
    goto apsFSM_start;
   }
   break;

  case APS_STATE_NWK_PASSTHRU_WAIT:
   //for split-phase passthrus
   if (nwkBusy())
   {
    break;
   }
   a_aps_service.status = a_nwk_service.status;
   apsState = APS_STATE_IDLE;
   break;

  case APS_STATE_INJECT_LOOPBACK:
   //wait for RX to become idle
   if (apsRxState != APS_RXSTATE_IDLE)
   {
    break;
   }
   //inject packet into RX FSM
   apsInjectPacket(FALSE);
   aps_pib.flags.bits.IsUsrBufferFree = 1;
   apsState = APS_STATE_IDLE;
   goto apsFSM_start;
 default:
  break;
 }
}
（3）大致结构：状态机入口，状态转换，状态机退出

从这个函数实现，我们可以简单了解有限状态机的实现过程。当程序的实现有多个状态的时候，也就是要根据不同的状态做不同的事情的时候，可以考虑把某个操作过程拆分为几个步骤【很多时候这是必须的】，对应状态机操作的几个不同状态。多数情况下，这些状态是多个操作可以共用的。一般的状态机函数都会提供一个状态退出操作，每个状态操作可以根据条件来判断是要退出，还是要转换进行下一个状态的。

 

状态机是程序设计时的一种思想，尤如设计模式，只有在恰当的时候用来才回体现出其价值。

本文出自 “bluefish” 博客，请务必保留此出处http://bluefish.blog.51cto.com/214870/163407