有限狀态機的兩種C語言實作

有限狀态機

**有限狀态機FSM（Finite State Machine）**思想廣泛應用于硬體控制電路設計，也是軟體上常用的一種處理方法(軟體上稱為FMM–有限消息機)。

它把複雜的控制邏輯分解成有限個穩定狀态，在每個狀态上判斷事件，依據判斷進入下一個狀态，變連續處理為離散數字處理，符合計算機的工作特點。同時，因為有限狀态機具有有限個狀态，是以可以在實際的工程上實作。但這并不意味着其隻能進行有限次的處理，相反，有限狀态機是閉環系統，有限無窮，可以用有限的狀态，處理無窮的事務。

有限狀态機的思想為我們編寫狀态較為複雜的程式提供了很友善的解決方案。例如通過代碼來反應小車的運動，首先小車啟動是一個加速的狀态，然後小車勻速運動一段距離是一個勻速的狀态，最後小車停下來又是一個減速的狀态。這就可以将這三個狀态反應到代碼上:

enum
{
	WATING,				//等待啟動		
	STRAT,				//啟動
	CONSTANT,			//勻速
	BRAKE，				//刹車		
}CarState = WATING;		//初始狀态為啟動

STATE_UPDATE()
{
	switch(CarState)
	{
		case WATING:
			if(收到啟動指令)
			{
				CarState = START;
			}
			break;
		case START:
			velocity += delt_vel;
			if(velocity == 勻速行駛的速度)
			{
				CarState = CONSTANT；	
			}
			break；
		case CONSTANT:
			distance += delt_distance;
			if(distance == 設定的勻速前進距離)
			{
				CarState = BRAKE；
			}
			break；
		case BRAKE:
			velocity -= delt_vel;
			if(velocity == 0)
			{
				CarState = WAITING;	
			}
	}	
}
           

上面的代碼就是通過switch——break結構實作了簡單的狀态機。這種方式簡單小巧，也較為原始，在實際工程的運用中，狀态複雜難以維護。

是以維護一個二維狀态表，橫坐标表示目前狀态，縱坐标表示輸入，表中一個元素存儲下一個狀态和對應的操作。這樣通過狀态表來引導狀态切換，維護時狀态間的轉換更為清晰。下面的例程就是通過建立了2*2的狀态表來實作不同狀态的切換。

char str[128] = "   ./a.out 100   200   ";
int argc;
char * argv[16];

int i = 0;
void act_save(void)
{
	argv[argc++] = str + i;
}

void act_end(void)
{
	str[i] = '\0';
}

void act_null(void)
{

}

int state_trans_table[2][2] =
{
	{ 0, 1 },
	{ 0, 1 }
};


void (*act_table[2][2])(void) =
{
	{ act_null, act_save },
	{ act_end, act_null }
};

int get_input_type(char c)
{
	if (str[i] == ' ')
		return 0;
	if (str[i] != ' ')
		return 1;
	return 0;
}

void fsm(void)
{
	int state = 0;
	int input = 0;

	while (str[i])
	{
		/* get input char type 擷取目前所在狀态*/
		input = get_input_type(str[i]);

		/* call action 執行該狀态下的動作*/
		act_table[state][input]();
		
		/* transfer to next state 判斷下個狀态*/
		state = state_trans_table[state][input];

		/* get next input */
		i++;
	}

	return;
}

int main(void)
{
	int i = 0;

	fsm();

	printf("argc = %d \n", argc);
	for (i = 0; i < argc; i++)
		printf("argv[%d] = %s \n", i, argv[i]);

	return 0;
}
           

在這個例程中還涉及到了基礎地函數指針的使用，這個函數指針時很靈活有趣的，調用它可以非常友善地實作不同功能地觸發。

這兩個例程介紹了有限狀态機的兩種簡單的實作方法，随着代碼複雜度的提高，狀态機思想一定會應用到更多方面。

公衆号：知物電子

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