状态机编程思想（1）：括号内外字符串统计

这是曾经的一个面试题，正好引出状态机编程思想。挺不错的一个例子。

题目描述

给定一个字符串，它由以下字符组成：

• 左括号“(”
• 右括号“）”
• 下划线“_” 
• 大小写字母构成的字符串（单字母也算作字符串）

该字符串组成有以下规则限定：

• 括号成对出现且不会嵌套，保证语法正确
• 字符串可以出现在括号内，也可以出现在括号外
• 各个字符串之间必须用下划线“_”隔开
• 括号外的字符串必须以下划线“_”为边界；括号内字符串的边界可以是下划线“_”，也可以是括号“（”、“）”

请解决问题：

• 括号内字符串个数
• 统计括号外最长字符串的长度

 传统思路

我们拿到这个问题时，第一感觉往往是顺序遍历字符串，并检测左右相邻字符是否满足边界条件，从而进行分支处理。但是这样做有以下棘手之处：

• 判定括号边界时需要保存之前的状态，而处理程序和判定状态逻辑往往混乱成一锅粥，难解难分
• 不同状态下的处理逻辑不同，这样对于大型问题，逻辑之间有可能产生耦合，甚至在不同状态间跳来跳去
• 还有效率问题，每次处理当前字符时还有同时处理左右相邻字符，工作量有冗余，效率降低

嗯，不信的话，可以自己按照上述最简单的思路实现一下，你就明白了。

有人说，复杂逻辑我不怕啊，细心就好。So...是时候请出我们的大侠--“状态机”了。

状态机思路

状态机是编译原理中的一种技术，学过电学的读者应该也在《数字电子技术》中用过它，归根结底，就是把复杂的问题逻辑化为一个一个的状态，我们处理问题的过程就是在各个状态之间不断迁移（包含自迁移），这样画出来的图就叫做状态迁移图，帮助我们把一锅难缠的粥转化为一张清晰的网。当然，这里不会深究状态机的概念，详情请自查（比如还有状态迁移表等等）。

让我们用状态迁移图表示上面的问题（若看不清图，可以右键在新的标签页看，或者下载下来看）：

 

我设置了两个状态，一个用来区分括号内外，一个用来区分是否是字母，从而进行不同的处理。

括号内外分成了两个子状态，这两个子状态是互斥的，因此他们内部的状态变量可以共用。

至于状态之间转移条件，直接看代码即可理解：

public class CountWords {

    final static int InBracket = 0;// 括号内
    final static int OutBracket = 1;// 括号外

    final static int IsLetter = 0;// 是字母
    final static int NotLetter = 1;// 不是字母

    public static void main(String[] args) {
        test("_yy_()()_(_apple_welcome)_ssjjjs_");//2,6
        test("__()()_(_)__()_");//0,0
        test("_ya_");//0,2
        test("_yy_(_)(r)_(_wel_c_ome_k)_");//5,2
        test("_yy_aa_");//0,2
        test("_yy_(aaa_bb_c)()__yyyyy_");//3,5
        test("(u)_()_(__)()_yy_()");//1,2
        test("__(a_wwwww)");//2,0
        test("__(_a_wwwww_)_____ddd____()()()()()()");//2,3
    }

    public static void test(String str) {
        // 状态初始化
        int state_INOUT = OutBracket;
        int state_letter = NotLetter;
        // 统计结果初始化
        int outLengthOfLongestWord = 0;
        int outLengthOfCurrentWord = 0;
        int inNumsOfWord = 0;
        // 开始处理
        for (int i = 0; i < str.length(); ++i) {
            // 取出当前字符
            char c = str.charAt(i);
            // 根据括号设置状态：括号内、括号外
            if (c == '(') {
                state_INOUT = InBracket;
            }
            if (c == ')') {
                state_INOUT = OutBracket;
            }
            // 括号内状态
            if (state_INOUT == InBracket) {
                if (state_letter == IsLetter) {
                    if (c == '_' || c == ')') {
                        state_letter = NotLetter;
                    }
                } else if (state_letter == NotLetter) {
                    if (Character.isLetter(c)) {
                        state_letter = IsLetter;
                        ++inNumsOfWord;
                    }
                }
            }
            // 括号外状态
            else if (state_INOUT == OutBracket) {
                if (state_letter == IsLetter) {
                    // System.out.println(c);
                    if (c == '_' || c == '(') {
                        if (outLengthOfLongestWord < outLengthOfCurrentWord) {
                            outLengthOfLongestWord = outLengthOfCurrentWord;
                        }
                        outLengthOfCurrentWord = 0;
                        state_letter = NotLetter;
                    } else if (Character.isLetter(c)) {
                        ++outLengthOfCurrentWord;
                    }
                }
                if (state_letter == NotLetter) {
                    if (Character.isLetter(c)) {
                        state_letter = IsLetter;
                        ++outLengthOfCurrentWord;
                    }
                }
            }
        }
        System.out.println("括号内的字符串数：" + inNumsOfWord);
        System.out.println("括号外的最长字符串长度：" + outLengthOfLongestWord);
        System.out.println();

    }

}

有没有感觉到很方便？思路更清晰了，效率也上去了。

注：状态机不同于设计模式中常说的状态模式（状态模式用类代表状态）。

 

就这么多吧，欢迎提出测试样例找bug，共同进步。