【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

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【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

阅读原文时间：2023年07月11日阅读：1

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关于状态机，基础的知识点可以自行理解，讲解的很多，这里主要是想写一个有限状态机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……

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=,
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=,
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 = ; 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：

StateTransformm\* pTrans;  
pTrans = findTrans(pSM, evt);  
if (pTrans == NULL)  
{  
    xil\_printf( "CurState= %s Do not process enent: %s\\r\\n", pSM->state,evt);  
    return;  
}  
pSM->state = pTrans->nextState;  
Action act = pTrans->action;  
if (act == NULL) {  
    xil\_printf( "change state to %s. No action\\r\\n",pSM->state);  
    return;  
}  
act(&evt);

最后我模拟一些随机事件，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 = ;
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\[\] = { 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 = ; i < ; i++) {  
    runStateMachine(&stateMachine, inputEvent\[i\]);  
}  
return ;

}

最后运行结果如下