状态机教程[关闭]

问题描述 投票:65回答:8

我只是想知道是否有人知道在互联网上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,只需要一些通用的东西让我开始。

c c99 state-machine
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如果使用函数指针,状态机在C中非常简单。

基本上你需要2个数组 - 一个用于状态函数指针,一个用于状态转换规则。每个状态函数返回代码,您按状态查找状态转换表并返回代码以查找下一个状态,然后执行它。

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;
}

我没有把lookup_transition()功能,因为它是微不足道的。

这就是我多年来一直使用机器的方式。


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我更喜欢在巨大的switch语句中使用函数指针,但与qrdl's answer相反,我通常不使用显式返回码或转换表。

此外,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);
}

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状态机本身不需要解释甚至使用教程。我建议您查看数据以及如何解析数据。

例如,我不得不为Near Space balloon flight computer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。使用状态机是最有意义的,因为根据下一部分信息,我们需要更改我们正在解析的内容。

代码是使用C ++编写的,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,并从那里进入两个不同的状态机。

它以一个已知良好的状态进入状态机,此时我们开始解析,并根据我们遇到的字符,我们要么继续前进到下一个状态,要么返回到先前的状态。这基本上允许代码自我适应数据的存储方式以及是否存在某些数据。

在我的示例中,GPS字符串不是飞行计算机记录的要求,因此如果找到该单个日志写入的结束字节,则可以跳过GPS字符串的处理。

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


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

但是,使用switch语句将事件分配到状态(对于简单的FSM,它们几乎是代码)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。

关于C中的状态机的基本框架,有一些简单但不错的文章:

编辑:网站“正在维护”,网站存档链接:

switch基于语句的状态机经常使用一组宏来“隐藏”switch语句的机制(或者使用一组if / then / else语句而不是switch)并使其成为“FSM语言”描述C源中的状态机。我个人更喜欢基于表格的方法,但这些方法肯定具有优点,被广泛使用,并且对于更简单的FSM尤其有效。

Steve Rabin在"Game Programming Gems" Chapter 3.0 (Designing a General Robust AI Engine)中概述了一个这样的框架。

这里讨论一组类似的宏:

如果您对C ++状态机实现也感兴趣,那么可以找到更多内容。如果你有兴趣,我会发布指针。


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Real-Time Object-Oriented Modeling非常棒(1994年出版,现在售价仅为81美分,另加3.99美元运费)。


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这就是你需要知道的。

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;
    }
}

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在C中学习手工状态机有很多教训,但是我还建议使用Ragel状态机编译器:

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

它有非常简单的方法来定义状态机,然后你可以生成图形,生成不同风格的代码(表驱动,转到驱动),如果你想要分析代码,等等。它功能强大,可以用于生产各种协议的代码。


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对于复杂问题,状态机可能非常复杂。它们也会受到意外错误的影响。如果有人遇到错误或需要在将来更改逻辑,他们可能会变成一场噩梦。如果没有状态图,它们也很难跟踪和调试。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)。即使在中断上下文(通常使用状态机)的情况下,也可以使用结构化编程。在codeproject.com上查看此文章"Macros to simulate multi-tasking/blocking code at interrupt level"

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