基于C语言的状态机实现方案

关于状态机，基础的知识点可以自行理解。本文主要讲解的是一个有限状态机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......

下面，我们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：

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。

偷偷放一张讨论的图，乱七八糟形容很恰当。

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！

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
", pSM->state,evt);    return;  }  pSM->state = pTrans->nextState;  Action act = pTrans->action;  if (act == NULL) {    xil_printf( "change state to %s. No action
",pSM->state);    return;  }  act(&evt);}

 

最后，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：

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。
 

　　审核编辑：汤梓红