程序博客网 > 世界杯预选赛积分算法

软件设计之状态机

来源：互联网 发布：世界杯预选赛积分算法 编辑：程序博客网 时间：2024/06/05 14:19
软件设计之状态机
2014-05-10      0 个评论    来源：[置顶] 软件设计之状态机  
收藏    我要投稿

一.状态机简单介绍

软件设计中的状态机概念，一般是指有限状态机（英语：finite-state machine，缩写：FSM）又称有限状态自动机，简称状态机，是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。

FSM（有限状态机）可以使用UML中的状态机图来表示。也可以使用类似以下格式的状态转移表等等。下面展示最常见的表示：当前状态（B）和事件（Y）的组合指示出下一个状态（C）。

状态转移表

当前状态 →
事件 ↓

状态 A

状态 B

状态 C

事件 X

…

…

…

事件 Y

…

状态 C

…

事件 Z

…

…

…

状态机有两个很重要的概念： 状态、事件。以下是一个CD机的简单例子：

CD机状态转移表

状态 →
事件 ↓

播放

暂停

停止

按播放键

…

播放

播放

按停止键

停止

停止

…

按暂停键

暂停

…

…

通过这个表，我们可以很直观的来理解状态机，如下：

1. 简单的CD机一般有三种状态： 播放、暂停、停止

2. 我们对CD机的操作，就是事件，简单来说有三种事件：按播放、停止、暂停按键。

3.在CD机不同的状态下，发生不同的事件（按不同的按钮），触发的事情以及CD机下一步的状态（即状态转移）是不一样的。

4. 按照以上表格，假如CD机当前状态是“播放”，这时候，我们按播放键，它会保持“播放”状态，不会发生状态转移，如果按暂停键，则会触发状态转移，CD机状态转移为“暂停”状态。同理，按停止键会转移为停止状态。

二.状态机的实现方式

在软件的开发过程中，很多情况下，我们都会涉及到“状态”这个概念，比如监控服务器的软件，服务器会有：‘开机’，‘关机’，‘负载过高’等状态。

执行任务的软件，对于每个任务，会有“队列中”，“准备”，“运行”，“运行完毕”，“失败”等状态，任务在不同的状态下，发生不同的事件，状态迁移和对应的逻辑都是不一样的，比如在“队列中”状态，发生事件“取消任务”，这时候只需要把任务移出队列，并且状态变更为“失败”就行。同样，在“运行”状态时发生事件“取消任务”，则需要做很多工作，比如回收运行任务的资源等。

通常状况下，如果状态很少，可能不会涉及到状态机这个概念。但是如果状态、事件很多，如果设计不好状态机，软件开发到后期会非常吃力。对于后续的维护和升级也是问题。

状态机的实现主要有以下几种方式，这里我都以第一章中CD机的例子来做简单实现说明。

注：这里我主要以python或者C语言写的代码来说明，实际使用中，用任何语言都行，关键是逻辑思维。

1. if...else..... PS:最土最繁琐的方式（个人极不喜欢）

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
#!/usr/bin/python
 
classCDStatus:
    RUNNING = 0
    STOP = 1
    PAUSE = 2
 
classCDEvent:
    PRESS_RUNNING = 0
    PRESS_STOP = 1
    PRESS_PAUSE = 2
 
def do_change_stop():
    #TODO someting and change CD status to STOP
    print"Chang CD to 'stop' status"
 
def do_change_running():
    #TODO someting and change CD status to RUNNING
    print"Chang CD to 'running' status"
 
def do_change_pause():
    #TODO someting and change CD status to PAUSE
    print"Chang CD to 'pause' status"
 
 
def dispather(curr_status, event):
    ifcurr_status == CDStatus.RUNNING:
        ifevent == CDEvent.PRESS_STOP:
            do_change_stop()
        elif event == CDEvent.PRESS_PAUSE:
            do_change_pause()
    elif curr_status == CDStatus.STOP:
        ifevent == CDEvent.PRESS_RUNNING:
            do_change_running()
        elif event == CDEvent.PRESS_PAUSE:
            do_change_pause()
    elif curr_status == CDStatus.PAUSE:
        ifevent == CDEvent.PRESS_RUNNING:
            do_change_running()
        elif event == CDEvent.PRESS_STOP:
            do_change_stop()
    else:
        print"error!"
 
 
def main():
    current_status = CDStatus.STOP
    event = CDEvent.PRESS_RUNNING
 
    dispather(current_status, event)
    return
 
if__name__ == "__main__":
    main()

可以看到，这个例子极为繁琐，if...else还需要嵌套2层，外层判断状态，里层判断事件，最终通过当前状态和发生的事件，对应“CD机状态迁移表”， 处理事件以及转移状态。

这种方式非常不灵活，因为每增加一个状态，都要加一堆if ..else的判定。


2. switch...case..... python中没有switch语法，可以用dict来代替，这里我用大体的C语言来描述。

下面的代码可以直接编译运行，在dispather中，嵌套了2层switch，类似上面if..else的结构，只不过换成了switch.

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
 
typedefenum
{
  STOP = 0,
  RUNNING,
  PAUSE,
} CD_STATE;
 
 
typedefenum
{
  PRESS_RUNNING = '0',
  PRESS_PAUSE = '1',
  PRESS_STOP = '2',
} CD_EVENT;
 
charstate_to_str[3][100] = {"STOP","RUNNING","PAUSE"};
 
//全局变量，用来存储CD当前状态
intcurrent_state = STOP;
 
voiddo_change_running()
{
  printf("CD Status from  %s to RUNING\n", state_to_str[current_state]);
  current_state = RUNNING;
}
 
voiddo_change_stop()
{
  printf("CD Status from  '%s' to STOP\n", state_to_str[current_state]);
  current_state = STOP;
}
 
voiddo_change_pause()
{
  printf("CD Status from  '%s' to pause\n", state_to_str[current_state]);
  current_state = PAUSE;
}
 
intdispather(current_state, event)
{
  switch(current_state)
  {
    caseSTOP:
      switch(event) {
        casePRESS_RUNNING:
          do_change_running();
          break;
        casePRESS_PAUSE:
          do_change_pause();
          break;
        default:
          printf("CD's state not change\n");
          break;
      }
      break;
    casePAUSE:
      switch(event) {
        casePRESS_RUNNING:
          do_change_running();
          break;
        casePRESS_STOP:
          do_change_stop();
          break;
        default:
          printf("CD's state not change\n");
          break;
      }
      break;
    caseRUNNING:
      switch(event) {
        casePRESS_PAUSE:
          do_change_pause();
          break;
        casePRESS_STOP:
          do_change_stop();
          break;
        default:
          printf("CD's state not change\n");
          break;
      }
      break;
    default:
      printf("Error! no such status!\n");
      break;
  }
}
 
 
intmain ()
{
  charch = '0';
 
  printf ("请输入数字操作CD机(0:RUNNING, 1:PAUSE, 2:STOP):\n");
  while(1)
  {
    ch = getchar();
    if(ch == '\n')
    {
    }
    elseif ((ch < '0') || (ch > '3'))
    {
      printf ("非法输入，请重新输入!\n");
      continue;
    }
    else
    {
      charevent = ch;
      dispather(current_state, event);
      printf ("请输入数字操作CD机(0:RUNNING, 1:PAUSE, 2:STOP):\n");
    }
  }
  return0;
}
</string.h></stdlib.h></stdio.h>

3. 函数指针法，这种方法是我最常用的，也是最喜欢的。所以这里我会分别贴出C和python的代码，详细讲解。

仔细观察第一章中的“CD机状态转换图”， 它其实就是一个二维矩阵结构，二维矩阵结构对应到数据结构中，无非就是二维数组。在状态转换时，都有对应的逻辑处理，所以，我们完全可以使用 “二维函数指针”来实现状态转换图。这里我没有使用二维数组，使用了结构体数组，这种实现更为直观。

如果有新的状态加入，只需要在state_mechine这个数组中加入新的状态，事件以及处理函数即可。

?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
 
typedefenum
{
  STOP = 0,
  RUNNING,
  PAUSE,
  MAX_STATE,
} CD_STATE;
 
 
typedefenum
{
  PRESS_RUNNING = 0,
  PRESS_PAUSE,
  PRESS_STOP,
  MAX_EVENT,
} CD_EVENT;
 
charstate_to_str[3][100] = {"STOP","RUNNING","PAUSE"};
 
 
struct CD_STATE_MECHINE
{
  intstate;
  intevent;
  void(*func)(unsigned char*);
};
 
voiddo_change_running(unsigned char* user_data);
voiddo_change_stop(unsigned char* user_data);
voiddo_change_pause(unsigned char* user_data);
 
struct CD_STATE_MECHINE state_mechine[] = {
  {RUNNING, PRESS_RUNNING, NULL},
  {RUNNING, PRESS_STOP, do_change_stop},
  {RUNNING, PRESS_PAUSE, do_change_pause},
  {PAUSE, PRESS_RUNNING, do_change_running},
  {PAUSE, PRESS_STOP, do_change_stop},
  {PAUSE, PRESS_PAUSE, NULL},
  {STOP, PRESS_RUNNING, do_change_running},
  {STOP, PRESS_STOP, NULL},
  {STOP, PRESS_PAUSE, do_change_pause},
  {-1, -1, NULL},
};
 
 
//全局变量，用来存储CD当前状态
intcurrent_state = STOP;
 
voiddo_change_running(unsigned char* user_data)
{
  printf("CD Status from  %s to RUNING\n", state_to_str[current_state]);
  current_state = RUNNING;
}
 
voiddo_change_stop(unsigned char* user_data)
{
  printf("CD Status from  '%s' to STOP\n", state_to_str[current_state]);
  current_state = STOP;
}
 
voiddo_change_pause(unsigned char* user_data)
{
  printf("CD Status from  '%s' to pause\n", state_to_str[current_state]);
  current_state = PAUSE;
}
 
intdispather(current_state, event)
{
  inti = 0;
  for(i = 0; state_mechine[i].state != -1; i++)
  {
    if(current_state == state_mechine[i].state && event == state_mechine[i].event)
    {
      void(*func)(unsigned char*);
      func = state_mechine[i].func;
      if(func != NULL)
      {
        func(NULL);
      }
      else
      {
        printf("state not change!\n");
      }
      break;
    }
  }
}
 
 
intmain ()
{
  charch = '0';
 
  printf ("请输入数字操作CD机(0:RUNNING, 1:PAUSE, 2:STOP):\n");
  while(1)
  {
    ch = getchar();
    if(ch == '\n')
    {
    }
    elseif ((ch < '0') || (ch > '3'))
    {
      printf ("非法输入，请重新输入!\n");
      continue;
    }
    else
    {
      intevent = ch - '0';
      dispather(current_state, event);
      printf ("请输入数字操作CD机(0:RUNNING, 1:PAUSE, 2:STOP):\n");
    }
  }
  return0;
}
</string.h></stdlib.h></stdio.h>




0 0
世界杯预选赛积分算法 世界杯预选赛积分算法
原创粉丝点击
热门IT博客
php无限极分销php无限极分销
苏菲玛索 知乎苏菲玛索 知乎
名片设计软件app
网络空间国际博弈
防御式编程
windows docker 镜像
网络信息安全的内容
松下fpxh编程手册
ios上传图片到阿里云
平面设计软件手机版
文件管理器 软件
新网域名自助管理
中汽协数据
汽车修理厂软件哪种好?
js获取display的值
光环大数据 hive pan
jspdf编辑软件
linux 安装中文字体
php html if else
禁欲主义 知乎
热门问题 老师的惩罚 人脸识别 我在镇武司摸鱼那些年 重生之率土为王 我在大康的咸鱼生活 盘龙之生命进化 天生仙种 凡人之先天五行 春回大明朝 姑娘不必设防，我是瞎子 胃窦粘膜慢性炎 胃粘膜保护药排行榜 双侧筛窦粘膜增厚 鼻粘膜溃疡一般多久会自愈 鼻粘膜苍白水肿 鼻粘膜干燥发痒 慢性皮肤粘膜念珠菌病 口腔里有白色粘膜 戒除槟榔后口腔粘膜多久恢复 早上起床嘴唇上有白色粘膜 粘贴快捷键 豆粘贴画 粘贴画 手工粘贴画 粘贴英文 粘贴读音 粘贴画图片 粘贴的英文 国庆粘贴画 粮食粘贴画 粘贴拼音 粘贴复制 怎么粘贴 快捷键粘贴 粘贴英语 粘贴怎么读 粘贴画大全 粘贴画作品 粘贴画手工制作大全图片 树叶粘贴画大全 电脑复制粘贴 简单树叶粘贴画 电脑粘贴快捷键 儿童树叶粘贴画图片 我能复制粘贴 获奖树叶粘贴画大全 粘贴复制快捷键 空白复制粘贴 幼儿树叶粘贴画图片 手工粘贴画又简单又漂亮 键盘复制粘贴键

程序博客网，程序员的互联网技术博客家园。csdn论坛精品 msdn技术资料都在这里