一 有限狀態機的實現方式
有限狀態機（Finite State Machine或者Finite State Automata)是軟件領域中一種重要的工具，很多東西的模型實際上就是有限狀態機。
FSM的實現方式：
1） switch/case或者if/else
這無意是最直觀的方式，使用一堆條件判斷，會編程的人都可以做到，對簡單小巧的狀態機來說最合適，但是毫無疑問，這樣的方式比較原始，對龐大的狀態機難以維護。
2） 狀態表
維護一個二維狀態表，橫座標表示當前狀態，縱座標表示輸入，表中一個元素存儲下一個狀態和對應的操作。這一招易於維護，但是運行時間和存儲空間的代價較大。
3） 使用State Pattern
使用State Pattern使得代碼的維護比switch/case方式稍好，性能上也不會有很多的影響，但是也不是100％完美。不過Robert C. Martin做了兩個自動產生FSM代碼的工具，for java和for C++各一個，在http://www.objectmentor.com/resources/index上有免費下載，這個工具的輸入是純文本的狀態機描述，自動產生符合State Pattern的代碼，這樣developer的工作只需要維護狀態機的文本描述，每必要冒引入bug的風險去維護code。
4） 使用宏定義描述狀態機
一般來說，C++編程中應該避免使用#define，但是這主要是因爲如果用宏來定義函數的話，很容易產生這樣那樣的問題，但是巧妙的使用,還是能夠產生奇妙的效果。MFC就是使用宏定義來實現大的架構的。
在實現FSM的時候，可以把一些繁瑣無比的if/else還有花括號的組合放在宏中，這樣，在代碼中可以3）中狀態機描述文本一樣寫，通過編譯器的預編譯處理產生1）一樣的效果，我見過產生C代碼的宏，如果要產生C++代碼，己軟MFC可以，那麼理論上也是可行的。
二 狀態機的兩種寫法+實例
有限狀態機FSM思想廣泛應用於硬件控制電路設計，也是軟件上常用的一種處理方法(軟件上稱爲FMM--有限消息機)。它把複雜的控制邏輯分解成有限個穩定狀態，在每個狀態上判斷事件，變連續處理爲離散數字處理，符合計算機的工作特點。同時，因爲有限狀態機具有有限個狀態，所以可以在實際的工程上實現。但這並不意味着其只能進行有限次的處理，相反，有限狀態機是閉環系統，有限無窮，可以用有限的狀態，處理無窮的事務。
有限狀態機的工作原理如圖1所示，發生事件(event)後，根據當前狀態(cur_state)，決定執行的動作(action)，並設置下一個狀態號(nxt_state)。
-------------
| |-------->執行動作action
發生事件event ----->| cur_state |
| |-------->設置下一狀態號nxt_state
-------------
當前狀態
圖1 有限狀態機工作原理
e0/a0
--->--
| |
-------->----------
e0/a0 | | S0 |-----
| -<------------ | e1/a1
| | e2/a2 V
---------- ----------
| S2 |-----<-----| S1 |
---------- e2/a2 ----------
圖2 一個有限狀態機實例
--------------------------------------------
當前狀態 s0 s1 s2 | 事件
--------------------------------------------
a0/s0 -- a0/s0 | e0
--------------------------------------------
a1/s1 -- -- | e1
--------------------------------------------
a2/s2 a2/s2 -- | e2
--------------------------------------------
表1 圖2狀態機實例的二維表格表示(動作/下一狀態)
圖2爲一個狀態機實例的狀態轉移圖，它的含義是：
在s0狀態，如果發生e0事件，那麼就執行a0動作，並保持狀態不變；
如果發生e1事件，那麼就執行a1動作，並將狀態轉移到s1態；
如果發生e2事件，那麼就執行a2動作，並將狀態轉移到s2態；
在s1狀態，如果發生e2事件，那麼就執行a2動作，並將狀態轉移到s2態；
在s2狀態，如果發生e0事件，那麼就執行a0動作，並將狀態轉移到s0態；
有限狀態機不僅能夠用狀態轉移圖表示，還可以用二維的表格代表。一般將當前狀態號寫在橫行上，將事件寫在縱列上，如表1所示。其中“--”表示空(不執行動作，也不進行狀態轉移)，“an/sn”表示執行動作an,同時將下一狀態設置爲sn。表1和圖2表示的含義是完全相同的。
觀察表1可知，狀態機可以用兩種方法實現：豎着寫(在狀態中判斷事件)和橫着寫(在事件中判斷狀態)。這兩種實現在本質上是完全等效的，但在實際操作中，效果卻截然不同。
==================================
豎着寫(在狀態中判斷事件)C代碼片段
cur_state = nxt_state;
switch(cur_state)
{ //在當前狀態中判斷事件
case s0: //在s0狀態
if(e0_event)
{ //如果發生e0事件，那麼就執行a0動作，並保持狀態不變；
執行a0動作;
//nxt_state = s0; //因爲狀態號是自身，所以可以刪除此句，以提高運行速度。
}
else if(e1_event)
{//如果發生e1事件，那麼就執行a1動作，並將狀態轉移到s1態；
執行a1動作;
nxt_state = s1;
}
else if(e2_event)
{ //如果發生e2事件，那麼就執行a2動作，並將狀態轉移到s2態；
執行a2動作;
nxt_state = s2;
}
break;
case s1: //在s1狀態
if(e2_event)
{ //如果發生e2事件，那麼就執行a2動作，並將狀態轉移到s2態；
執行a2動作;
nxt_state = s2;
}
break;
case s2: //在s2狀態
if(e0_event)
{ //如果發生e0事件，那麼就執行a0動作，並將狀態轉移到s0態；
執行a0動作;
nxt_state = s0;
}
}
==================================
橫着寫(在事件中判斷狀態)C代碼片段
==================================
//e0事件發生時，執行的函數
void e0_event_function(int * nxt_state)
{
int cur_state;
cur_state = *nxt_state;
switch(cur_state)
{
case s0: //觀察表1，在e0事件發生時，s1處爲空
case s2:
執行a0動作;
*nxt_state = s0;
}
}
//e1事件發生時，執行的函數
void e1_event_function(int * nxt_state)
{
int cur_state;
cur_state = *nxt_state;
switch(cur_state)
{
case s0: //觀察表1，在e1事件發生時，s1和s2處爲空
執行a1動作;
*nxt_state = s1;
}
}
//e2事件發生時，執行的函數
void e2_event_function(int * nxt_state)
{
int cur_state;
cur_state = *nxt_state;
switch(cur_state)
{
case s0: //觀察表1，在e2事件發生時，s2處爲空
case s1:
執行a2動作;
*nxt_state = s2;
}
}
上面橫豎兩種寫法的代碼片段，實現的功能完全相同，但是，橫着寫的效果明顯好於豎着寫的效果。理由如下：
1、豎着寫隱含了優先級排序(其實各個事件是同優先級的)，排在前面的事件判斷將毫無疑問地優先於排在後面的事件判斷。這種if/else if寫法上的限制將破壞事件間原有的關係。而橫着寫不存在此問題。
2、由於處在每個狀態時的事件數目不一致，而且事件發生的時間是隨機的，無法預先確定，導致豎着寫淪落爲順序查詢方式，結構上的缺陷使得大量時間被浪費。對於橫着寫，在某個時間點，狀態是唯一確定的，在事件裏查找狀態只要使用switch語句，就能一步定位到相應的狀態，延遲時間可以預先準確估算。而且在事件發生時，調用事件函數，在函數裏查找唯一確定的狀態，並根據其執行動作和狀態轉移的思路清晰簡潔，效率高，富有美感。
總之，我個人認爲，在軟件裏寫狀態機，使用橫着寫的方法比較妥帖。
下面給出一個計算輸入密碼的兩種狀態機的實現：
1.使用switch/case的狀態機實現
//使用switch/case或者if/else實現的基於狀態機(FSM)的密碼鎖
//只有正確輸入密碼 2479 才能解鎖
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef enum{
STATE0 = 0,
STATE1,
STATE2,
STATE3,
STATE4,
}STATE;
int main()
{
char ch;
STATE current_state = STATE0;
while(1){
printf("In put password:");
while((ch = getchar()) != '\n')
{
if((ch < '0') || (ch > '9'))
{
printf("Input num,ok?/n");
break;
}
switch(current_state){
case STATE0:
if(ch == '2') current_state = STATE1;
break;
case STATE1:
if(ch == '4') current_state = STATE2;
break;
case STATE2:
if(ch == '7') current_state = STATE3;
break;
case STATE3:
if(ch == '9') current_state = STATE4;
break;
default:
current_state = STATE0;
break;
}
} //end inner while
if(current_state == STATE4){
printf("Correct, lock is open!\n");
current_state = STATE0;
}else
{
printf("Wrong, locked!\n");
current_state = STATE0;
}
break;
}
return 0;
}
<p>//使用函數指針實現的基於狀態機(FSM)的密碼鎖
//只有正確輸入密碼 2479 才能解鎖
#include <stdio.h>
//這個祕密鎖的密碼是xxxx2479,就是說最後4位是2479,前面若干爲爲0~9裏的數字,也可沒有
#include <stdlib.h>
#include <string.h> </p><p>//定義鎖事件處理函數的函數指針類型
typedef void (*lock_func)(char c);</p><p>typedef enum{
STATE1 = 0,
STATE2,
STATE3,
STATE4,
STATE5,//password pass
//...ADD here
}STATE;
STATE state;
//狀態1
void fp_Press2(char ch)
{
if (state==STATE1)
{
//do sth here
state=STATE2;
printf("Correct, current state is STATE2!");
}
else
{
printf("Wrong, current state is not STATTE2!");
}
}</p><p>//狀態2
void fp_Press4(char ch)
{
if (state==STATE2)
{
printf("Correct, current state is STATE3!");
state=STATE3;
}
else
{
}
}</p><p>//狀態3
void fp_Press7(char ch)
{
if (state==STATE3)
{
printf("Correct, current state is STATE4!");
state=STATE4;
}
else
{
}
}</p><p>//狀態4
void fp_Press9(char ch)
{
if (state==STATE4)
{
printf("Correct, lock is open!");
state=STATE5;
}
else
{
}
}</p><p>
lock_func g_MatrixArr[5][1] =
{
/*輸入2*/
{fp_Press2},</p><p> /*輸入4*/
{fp_Press4},</p><p> /*輸入7*/
{fp_Press7},
/*輸入9*/
{fp_Press9},</p><p> /*輸入其他*/
{fp_Press2}
};
//結束狀態是NULL
//就是通過 return NULL;表達的結束狀態.
//狀態轉換在這裏
void lock_handle (void)
{
char ch;
while(state!=STATE5)
{
ch = getchar();
switch(ch)
{
case '2':
g_MatrixArr[0][0](ch);
break;
case '4':
g_MatrixArr[1][0](ch);
break;
case '7':
g_MatrixArr[2][0](ch);
break;
case '9':
g_MatrixArr[3][0](ch);
break;
default:
g_MatrixArr[4][0](ch);
break;
}
}
} </p><p>
int main()
{
lock_handle();
}
</p>
