状态机教程[关闭]

我只是想知道是否有人知道Internet上关于开发状态机的一些很好的教程。还是电子书？

我开始在状态机上工作，只需要一些一般性的知识即可入门。

如果使用函数指针，状态机在C语言中非常简单。

基本上，您需要2个数组-一个用于状态函数指针，另一个用于状态转换规则。每个状态函数都返回代码，您可以按状态查找状态转换表，并返回代码以查找下一个状态，然后执行该状态。

int entry_state(void);
int foo_state(void);
int bar_state(void);
int exit_state(void);

/* array and enum below must be in sync! */
int (* state[])(void) = { entry_state, foo_state, bar_state, exit_state};
enum state_codes { entry, foo, bar, end};

enum ret_codes { ok, fail, repeat};
struct transition {
    enum state_codes src_state;
    enum ret_codes   ret_code;
    enum state_codes dst_state;
};
/* transitions from end state aren't needed */
struct transition state_transitions[] = {
    {entry, ok,     foo},
    {entry, fail,   end},
    {foo,   ok,     bar},
    {foo,   fail,   end},
    {foo,   repeat, foo},
    {bar,   ok,     end},
    {bar,   fail,   end},
    {bar,   repeat, foo}};

#define EXIT_STATE end
#define ENTRY_STATE entry

int main(int argc, char *argv[]) {
    enum state_codes cur_state = ENTRY_STATE;
    enum ret_codes rc;
    int (* state_fun)(void);

    for (;;) {
        state_fun = state[cur_state];
        rc = state_fun();
        if (EXIT_STATE == cur_state)
            break;
        cur_state = lookup_transitions(cur_state, rc);
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

我不放lookup_transitions()函数，因为它是微不足道的。

这就是我多年来使用状态机的方式。

我喜欢使用函数指针而不是硕大的switch语句，但是与qrdl的答案相反，我通常不使用显式的返回码或转换表。

另外，在大多数情况下，您需要一种机制来传递其他数据。这是一个示例状态机：

#include <stdio.h>

struct state;
typedef void state_fn(struct state *);

struct state
{
    state_fn * next;
    int i; // data
};

state_fn foo, bar;

void foo(struct state * state)
{
    printf("%s %i\n", __func__, ++state->i);
    state->next = bar;
}

void bar(struct state * state)
{
    printf("%s %i\n", __func__, ++state->i);
    state->next = state->i < 10 ? foo : 0;
}

int main(void)
{
    struct state state = { foo, 0 };
    while(state.next) state.next(&state);
}

不幸的是，状态机上的大多数文章都是用C ++或其他直接支持多态的语言编写的，因为将FSM实现中的状态建模为派生自抽象状态类的类很不错。

然而，使用switch语句将事件分派给状态（对于简单的FSM，它们几乎是直接编写代码）或使用表将事件映射到状态转换，在C中实现状态机非常容易。

这里有一些关于C状态机基本框架的简单但不错的文章：

• http://www.gedan.net/2008/09/08/finite-state-machine-matrix-style-c-implementation/
• http://www.gedan.net/2009/03/18/finite-state-machine-matrix-style-c-implementation-function-pointers-addon/

编辑：网站“维护中”，网络存档链接：

• http://web.archive.org/web/20160517005245/http://www.gedan.net/2008/09/08/finite-state-machine-matrix-style-c-implementation
• http://web.archive.org/web/20160808120758/http://www.gedan.net/2009/03/18/finite-state-machine-matrix-style-c-implementation-function-pointers-addon/

switch基于语句的状态机经常使用的一组宏“隐藏”的力学的switch语句（或使用一组if/ then/else语句来代替switch），并相当于一个“FSM语言”描述在C状态机资源。我个人更喜欢基于表的方法，但是这些方法肯定有优点，已被广泛使用，并且尤其对于简单的FSM而言可能是有效的。

Steve Rabin在“ Game Programming Gems”第3.0章（设计通用的健壮AI引擎）中概述了这样一种框架。

这里讨论了一组相似的宏：

• https://contrarymotion.net/2008/02/12/some-code-snippets-for-a-simple-c-state-machine/

如果您还对C ++状态机实现感兴趣，那么可以找到更多的信息。如果您有兴趣，我会发布指针。

状态机并不是本质上需要解释甚至使用教程的东西。我建议您查看一下数据以及如何对其进行解析。

例如，我必须为近太空气球飞行计算机解析数据协议，它以特定格式（二进制）将数据存储在SD卡上，需要将其解析为逗号分隔文件。为此，使用状态机是最有意义的，因为根据下一信息的内容，我们需要更改解析的内容。

该代码使用C ++编写，可以作为ParseFCU使用。如您所见，它首先检测我们正在解析的版本，然后从那里进入两个不同的状态机。

它以已知良好的状态进入状态机，这时我们开始解析，并根据遇到的字符前进到下一个状态，或返回到上一个状态。基本上，这使代码可以自动适应数据的存储方式，甚至可以完全适应某些数据。

在我的示例中，GPS字符串不是飞行计算机记录日志的必要条件，因此，如果找到了该单个日志写入的结尾字节，则可以跳过GPS字符串的处理。

状态机很容易编写，一般来说，我遵循应遵循的规则。通过系统的输入应该在状态之间轻松流动。

这就是您需要知道的全部。

int state = 0;
while (state < 3)
{
    switch (state)
    {
        case 0:
            // Do State 0 Stuff
            if (should_go_to_next_state)
            {
                state++;
            }
            break;
        case 1:
            // Do State 1 Stuff    
            if (should_go_back) 
            {
                state--;
            }    
            else if (should_go_to_next_state) 
            {
                state++;
            }
            break;
        case 2:
            // Do State 2 Stuff    
            if (should_go_back_two) 
            {
                state -= 2;
            }    
            else if (should_go_to_next_state) 
            {
                state++;
            }
            break;
        default:
            break;
    }
}

实时面向对象的建模很棒（1994年出版，现在的售价仅为81美分，加上3.99美元的运费）。

学习用C语言手工制作状态机有很多课程，但让我也建议Ragel状态机编译器：

http://www.complang.org/ragel/

它具有定义状态机的非常简单的方法，然后您可以生成图，生成不同样式的代码（表驱动，goto驱动），分析代码（如果需要）等等。它功能强大，可以在生产中使用各种协议的代码。

对于复杂的问题，状态机可能非常复杂。它们还会遭受意外的错误。如果有人遇到错误或将来需要更改逻辑，它们可能会变成噩梦。如果没有状态图，它们也很难遵循和调试。结构化编程要好得多（例如，您可能不会在主线级别使用状态机）。您甚至可以在中断上下文（通常使用状态机）中使用结构化编程。请参阅位于codeproject.com上的本文“在中断级别模拟多任务/阻止代码的宏”。