有限狀態(tài)機FSM(Finite State Machine)思想廣泛應用于硬件控制電路設計,也是軟件上常用的一種處理方法(軟件上稱為FMM--有限消息機)。
它把復雜的控制邏輯分解成有限個穩(wěn)定狀態(tài),在每個狀態(tài)上判斷事件,依據(jù)判斷進入下一個狀態(tài),變連續(xù)處理為離散數(shù)字處理,符合計算機的工作特點。同時,因為有限狀態(tài)機具有有限個狀態(tài),所以可以在實際的工程上實現(xiàn)。但這并不意味著其只能進行有限次的處理,相反,有限狀態(tài)機是閉環(huán)系統(tǒng),有限無窮,可以用有限的狀態(tài),處理無窮的事務。
有限狀態(tài)機的思想為我們編寫狀態(tài)較為復雜的程序提供了很方便的解決方案。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態(tài),然后小車勻速運動一段距離是一個勻速的狀態(tài),最后小車停下來又是一個減速的狀態(tài)。這就可以將這三個狀態(tài)反應到代碼上:
enum
{
WATING, //等待啟動
STRAT, //啟動
CONSTANT, //勻速
BRAKE, //剎車
}CarState = WATING; //初始狀態(tài)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(jié)構實現(xiàn)了簡單的狀態(tài)機。這種方式簡單小巧,也較為原始,在實際工程的運用中,狀態(tài)復雜難以維護。
因此維護一個二維狀態(tài)表,橫坐標表示當前狀態(tài),縱坐標表示輸入,表中一個元素存儲下一個狀態(tài)和對應的操作。這樣通過狀態(tài)表來引導狀態(tài)切換,維護時狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換更為清晰。下面的例程就是通過建立了2*2的狀態(tài)表來實現(xiàn)不同狀態(tài)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 獲取目前所在狀態(tài)*/
input = get_input_type(str[ i]);
/* call action 執(zhí)行該狀態(tài)下的動作*/
act_table[state][input]();
/* transfer to next state 判斷下個狀態(tài)*/
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(shù)指針的使用,這個函數(shù)指針時很靈活有趣的,調(diào)用它可以非常方便地實現(xiàn)不同功能地觸發(fā)。
這兩個例程介紹了有限狀態(tài)機的兩種簡單的實現(xiàn)方法,隨著代碼復雜度的提高,狀態(tài)機思想一定會應用到更多方面。
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