有限状态机FSM

有限状态机（Finite-state machine）又称有限状态自动机，是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。常用与：正则表达式引擎，编译器的词法和语法分析，游戏设计，网络协议，企业应用中等方面。

状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。这样的归纳，主要是出于对状态机的内在因果关系的考虑。
“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。
1. 现态：是指当前所处的状态。
2. 条件：又称为“事件”，当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
3. 动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态 。
4. 次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。

有限状态机 FSM 实现

用while{switch/case}(推荐可读性高) 或 if/else 实现，简单粗暴，适合简单的小型状态机；
用设计模式中的 state pattern，把复杂判断的逻辑简化，利于组织代码；
用状态表设计，建立状态表和动作查询表，根据状态表、事件、动作表定位相应的动作处理函数，执行完成后再进行状态的切换； 

 

函数指针实现的FSM的实例

// https://github.com/AstarLight/FSM-framework/blob/master/main.c
#include <stdio.h>
//#include <windows.h> //windows
#include <unistd.h>  //linux

//比如我们定义了小明一天的状态如下
enum
{
    GET_UP,
    GO_TO_SCHOOL,
    HAVE_LUNCH,
    DO_HOMEWORK,
    SLEEP,
};

//我们定义的事件有以下几个
enum
{
    EVENT1 = 1,
    EVENT2,
    EVENT3,
};


typedef struct FsmTable_s
{
    int event;   //事件
    int CurState;  //当前状态
    void (*eventActFun)();  //函数指针
    int NextState;  //下一个状态
}FsmTable_t;


typedef struct FSM_s
{
    FsmTable_t* FsmTable;   //指向的状态表
    int curState;  //FSM当前所处的状态

}FSM_t;


int g_max_num;  //状态表里含有的状态个数



void GetUp()
{
    // do something
    printf("xiao ming gets up!\n");

}

void Go2School()
{
    // do something
    printf("xiao ming goes to school!\n");
}

void HaveLunch()
{
    // do something
    printf("xiao ming has lunch!\n");
}

void DoHomework()
{
    // do something
    printf("xiao ming does homework!\n");
}

void Go2Bed()
{
    // do something
    printf("xiao ming goes to bed!\n");
}

/*状态机注册*/
void FSM_Regist(FSM_t* pFsm, FsmTable_t* pTable)
{
    pFsm->FsmTable = pTable;
}

/*状态迁移*/
void FSM_StateTransfer(FSM_t* pFsm, int state)
{
    pFsm->curState = state;
}


/*事件处理*/
void FSM_EventHandle(FSM_t* pFsm, int event)
{
    FsmTable_t* pActTable = pFsm->FsmTable;
    void (*eventActFun)() = NULL;  //函数指针初始化为空
    int NextState;
    int CurState = pFsm->curState;
    int flag = 0; //标识是否满足条件

    /*获取当前动作函数*/
    for (int i = 0; i<g_max_num; i++)
    {
        //当且仅当当前状态下来个指定的事件，我才执行它
        if (event == pActTable[i].event && CurState == pActTable[i].CurState)
        {
            flag = 1;
            eventActFun = pActTable[i].eventActFun;
            NextState = pActTable[i].NextState;
            break;
        }
    }


    if (flag) //如果满足条件了
    {
        /*动作执行*/
        if (eventActFun)
        {
            eventActFun();
        }

        //跳转到下一个状态
        FSM_StateTransfer(pFsm, NextState);
    }
    else
    {
        // do nothing
    }
}

FsmTable_t XiaoMingTable[] =
{
    //{到来的事件，当前的状态，将要要执行的函数，下一个状态}
    { EVENT1,  SLEEP,           GetUp,        GET_UP },
    { EVENT2,  GET_UP,          Go2School,    GO_TO_SCHOOL },
    { EVENT3,  GO_TO_SCHOOL,    HaveLunch,    HAVE_LUNCH },
    { EVENT1,  HAVE_LUNCH,      DoHomework,   DO_HOMEWORK },
    { EVENT2,  DO_HOMEWORK,     Go2Bed,       SLEEP },

    //add your codes here
};

//初始化FSM
void InitFsm(FSM_t* pFsm)
{
    g_max_num = sizeof(XiaoMingTable) / sizeof(FsmTable_t);
    pFsm->curState = SLEEP;
    FSM_Regist(pFsm, XiaoMingTable);
}


//测试用的
void test(int *event)
{
    if (*event == 3)
    {
        *event = 1;
    }
    else
    {
        (*event)++;
    }

}


int main()
{
    FSM_t fsm;
    InitFsm(&fsm);
    int event = EVENT1;
    //小明的一天,周而复始的一天又一天，进行着相同的活动
    while (1)
    {
        printf("event %d is coming...\n", event);
        FSM_EventHandle(&fsm, event);
        printf("fsm current state %d\n", fsm.curState);
        test(&event);
        sleep(1);  //休眠1秒，方便观察
    }

    return 0;
}