Qt 状态机框架学习

Qt状态机框架是基于状态图XML(SCXML)实现的。从Qt4.6开始，它已经是QtCore模块的一部分。尽管它本身是蛮复杂的一套东西，但经过和Qt的事件系统(event system)、信号槽(signals and slots)及属性系统(property system)深度整合，它使用门槛并不高。

一些概念

Qt的手册中The State Machine Framework一文对Qt状态机框架及使用进行了介绍，可是还是发现看看基本的概念(详见 SCXML 的 第三部分)更有帮助一点。

基本概念

最基本的概念是：

• 状态(state)
• 转换？过渡？(transition)
• 事件(events)

每一个state包含一个transition的集合，这些transition定义了如何对events进行响应。events可以由状态机本身或外部实体产生。

在一个经典状态机中，状态机总是处于一个单一的state中。这个状态被称为active state。当event发生时，状态机将检查active state的包含的所有transition。如果它发现有一个和该event匹配，状态机将从当前的active state移动到该transition指定的state(称之为transtion的目标)。这样一来，目标state将成为新的active state。

在transition的过程中，状态机可以执行一些动作(action)。每一个状态都可以包含onentry 和 onexit动作，transition本身也可以包含动作。当状态机通过一个名为T的transition从状态S1转换到S2，它先执行S1的 onexit 的动作，然后执行T本身包含的动作，最后执行S2 onentry的动作。

Compound States

一个state还可以嵌套其他的state。这样的state称为compound states(复合状态)，我们称其为parent state，而被嵌套的则称为child state。子state又可以嵌套其他的state，直到任意深度。不包含任何子state的state，称为atomic state(原子状态)。

当一个child state处于 acitve时，它的parent active 也必须处于active状态。这样一来，在任何一点我们都将拥有一个包含原子state和它所有祖先的active state的集合。(在后面我们将看到多个原子state可以同时处于active状态)。

由于复合state的存在，transition将不再是从一个原子state到另一个原子state的转换，而是从一个active state集合到另一个集合的转换。如果transition的目标是一个原子state，那么状态机将不仅进入到该原子state，而且还将进入到它所有的为处于active的祖先state中。与此对应的是，transition的目标是一个组合state。在这种情况下，复合state的子state必须也被激活，由于transition并没有指定哪一个，这是需要active该复合state的initial state(初始状态)。如果该state依然是复合状态，将递归下去，直到原子 state。

一个复合state还可以包含final 和 history state作为其child state。

复合状态还会影响到transition的选择。当事件发生时，状态机从最深层嵌套的state(原子state)开始查找，如果未找到匹配的transition，则查找其parent state的transition，依次递归。如果状态机中所有transition均不匹配，事件被丢弃。

Parallel States

注：在SCXML中 Parallel States使用的是paralled标签，前面提到的复合state和原子state都是用的state标签。在Qt中，Paralled State和普通 state 是靠构造函数一个的参数进行区分的。

Parallel States(平行状态) 与前面介绍的复合 state 有很大的不同：当一个复合state处于active时，有且只有一个child state处于acitve；而parallel state处于active时，所有的child state都必须处于active状态。

当状态机进入平行state时，它也进入各个child state。各个child state可以采取不同的transition对event进行响应。

Executable Content

SCXML通过Executable Content(可执行内容？)提供了对数据(data model)进行修改和与外界实体进行交互的功能。

回到 Qt

这部分内容Qt Manual中给的太详细了，以至于都不知道该怎么向下写了。

基本概念

3个基本概念对照:

state

QAbstractState及其派生类

transition

QAbstractTransition及其派生类

event

Qt的信号和事件

data

Qt属性

注意：QStateMachine本身是QState的派生类。这使得状态机可以嵌套，见qstatemachines-a-state-too。

• QObject
  • QAbstractState
    • QState
      • QStateMachine
    • QFinialState
    • QHistoryState
  • QAbstractTransition
    • QSignalTransition
    • QEventTransition
      • QKeyEventTransition
      • QMouseEventTransition
• QEvent

  • QStateMachine::SignalEvent

  • QStateMachine::WrappedEvent

transition的触发

Qt的信号和事件都可以触发transition。那么是如何实现的呢？

打开QAbstractTransition的Manual，可以看到两个protected的函数：

virtual bool    eventTest ( QEvent * event ) = 0virtual void    onTransition ( QEvent * event ) = 0

前者用来判断事件是否匹配，后者用来执行一些动作。

两个具体类和对应的QEvent的派生类关系如下：

QSignalTransition

QStateMachine::SignalEvent

QEventTransition

QStateMachine::WrappedEvent

进入状态后，状态机将active state的对应的transition进行注册：

• 对于signal类型的，将该信号连接到一个私有槽函数，槽函数中生成一个内部的QStateMachine::SignalEvent事件

• 对于event类型的，将直接在事件的对象安装事件过滤器，将事件拷贝并封装到一个内部的QStateMachine::WrappedEvent事件中。

对于自定义事件，可以使用QStateMachine::postEvent()进行派发。

参考

• http://doc.qt.nokia.com/4.7/statemachine-api.html

• http://www.w3.org/TR/scxml/

• http://labs.qt.nokia.com/2009/07/23/qstatemachines-a-state-too/

• http://labs.qt.nokia.com/2009/08/10/introducing-scc-the-scxml-compiler-for-the-qt-state-machine-framework/

• http://labs.qt.nokia.com/2009/11/09/about-dynamic-ui-web-apps-performance-and-state-machines/

• http://labs.qt.nokia.com/2009/01/30/qt-state-machine-framework/