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1、状态机之C++解析2008-11-18作者：CppExplore來源：cppblog.com一、状态机描述状态机理论最初的发展在数字电路设计领域。在数字电路方面，根据输岀是否与输入信号有关，状态机可以划分为Mealy型和Room型状态机：根据输出是否与输入信号同步，状态机可以划分为异步和同步状态机。而在软件设计领域，状态机设计的理论俨然己经自成一体。Moore型状态机的输出只和当前状态冇关，和输入无关，如果在软件设计领域设计出这种类型的状态机，则该状态机接受的事件都是无内蕴信息的事件（输入）。Mealy型状态机的输入是由当前状态和输入共同决定，对应到软件设计领域
2、，则该状态机接收的事件含冇内蕴信息，并且影响状态机的输出。显然，这种划分在软件设计领域毫无意义。虽然软件设计领域的状态机也有同步和异步的划分，但和数字电路方而的同步片步已经不同。除了《数字电路》，涉及到状态机的课程就是《编译原理》T（本人属计算机专业,英它专业是否涉及到状态机就不清楚了）。下而简单回顾-下《编译原理》里有关有限状态机的描述。在编译原理课程里面，对有限状态机的描述仅限在编译领域，特定状态，针对输入字符，发生状态改变，没有额外的行为,另编译原理里有限状态机的构成要索，还包含唯一的初始状态和一个终态集。数学语言描述如下：一个有限状态机M是一个五元组，0
3、（K,E,T,S,Z）。其屮（1）K是一个有穷集，其中的每个元索称为状态（2）E是一个有穷字母表，它的每个元素称为一个输入字符（3）T是转换函数，是KXE->K±的映射（4）S是K中的元素，是唯一的一个初态（5）Z是K的一个子集，是一个终态集，或者叫结束集。很明显,状态机在编译原理里的讲解已经特化，输入被定位为字符集，状态改变的时候没有额外动作发生。与编译原理中的状态机不同，软件设计领域中通用状态机的输入不是字符集，而是被称作事件的结构（可以是结构体，也可以是类对象〉,并且特定的状态下，针对发生的事件，不仅发生状态改变，而且产生动作。借鉴编译原理中状态机的初始状
4、态和终态，通用状态机的数学语言描述如下：一个通用有限状态机H是一个七元组，M二｛K,E,T,M,F,S,Z｝。其中（1）K是一个有穷集，其中的毎个元素称为状态（2）E是一个有穷集，它的毎个元素称为一个爭件（3）T是转换函数，是KXE->K±的映射（4）M是一个有穷集，它的每个元素称为动作（5）E是动作映射函数，是KXE->M±的映射（6）S是K中的元素，是唯一的一个初态（7）Z是K的一个子集，是一个终态集，或者叫结束集。实用的状态机可以做进一步的优化，首先，可以把（3）（5）幣合在-•起，做一个KXE->｛K,M）的映射，其次从实用性的角度出发，禁止状态接收空事
5、件（无输入的情况F,状态发生改变），作为弥补，为每个状态增加进入动作利离开动作,第三，鉴于定时器在系统中,尤其是在状态机中的重要性,可以为每个状态增加定时器以及超时后的状态转换。木文后面的讲述以及实现暂不考虑把定时器特化，如果需耍，可以在状态的进入动作中初始化定时器（另：关于定时器，以后会写文章《系统设计之定时器》）。二、状态机分类（后文中如无特别说明，则状态机指软件设计领域的通用有限状态机）依据状态之间是否有包含关系，分以下两种（1）常规状态机。状态机中的所有状态是不和交的、互斥的。（2）层次状态机。状态机中的状态Z间要么是互斥的，要么是真包含的，可以用树性结
6、构來描述这些状态集，包含其它状态的状态称为枝节点，不包含其它状态的状态称为叶节点，为方便单•树描述，总是设计一个状态包含所有的状态节点，称为根节点。状态机的状态只能停留在叶节点，而不能停留在枝节点,毎个枝节点需要指定一个子节点为它的默认子节点，以便状态机进入枝节点的时候能够停留到叶节点。三、状态机实现（1）switch/caseif/else方式实现。用丁少量状态（3个及其以F）的时候，不需耍引入专门的状态机模块。这种方式不能编写通用的状态机模块，不再多说。(2)面向过程方式：宏是实现面向过程方式的通用方式。虽然在状态机层ifii还是町以用ifii向对象的方式封
7、装，这里还是把它称为ifii向过程的方式。1.常规状态机模块实现。这个状态机涉及到机构由上而下为：•顶层结构是状态机：当前状态id,缺省操作，状态表，•状态表：状态数组•状态结构：状态id,状态名，进入操作，退出操作，缺省操作，状态事件表(数纽)•状态事件结构：操作，事件，下--状态的id状态机的算法是由状态机的结构决定的。实现如2^defineSINGLE_STATE_MAX_EVENT10typedefintFSMEVENTID;typedefstructeventparamstFSMEVENTIDid;union(inti;}data;L}FSMEVENT
8、;typedefintF
