摘要：状态机模式是一种行为模式，在《设计模式》这本书中对其有详细的描述，通过多态实现不同状态的调转行为的确是一种很好的方法，只可惜在嵌入式环境下，有时只能写纯C代码，并且还需要考虑代码的重入和多任务请求跳转等情形，因此实现起来着实需要一番考虑。本文主要为你实现一个简单的有限状态机，没有考虑代码的重入和多任务跳转，为以后复杂的状态机实现，打下基础。

本文来源：用C语言实现有限状态自动机FSM

一、状态机实现的要素


首先，分析一下一个普通的状态机究竟要实现哪些内容。

状态机存储从开始时刻到现在的变化，并根据当前输入，决定下一个状态。这意味着，状态机要存储状态、获得输入（我们把它叫做跳转条件）、做出响应。

如上图所示，{s1, s2, s3}均为状态，箭头c1/a1表示在s1状态、输入为c1时，跳转到s2，并进行a1操作。

最下方为一组输入，状态机应做出如下反应：

当前状态 输入 下一个状态 动作
s1 c1 s2 a1
s2 c2 s3 a2
s3 c1 s2 a3
s2 c2 s3 a2
s3 c1 s2 a3
s2 c1 s_trap a_trap
s_trap c1 s_trap a_trap

当某个状态遇到不能识别的输入时，就默认进入陷阱状态，在陷阱状态中，不论遇到怎样的输入都不能跳出。

为了表达上面这个自动机，我们定义它们的状态和输入类型：

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typedef 
int s
tate;
typedef 
int c
ondition;
 
#define STATES 4
#define STATE1 0
#define STATE2 1
#define STATE3 2
#define STATETRAP 3
 
#define CONDITIONS 2
#define CONDITION1 0
#define CONDITION2 1

总结一下，我们需要定义的有状态、输入、行为（动作+下一个状态），其中，行为的个数是“状态数*输入数量”（其中有一些是重复的）；其中动作一般来说可以用一个函数指针来实现。

二、具体设计

在嵌入式环境中，由于存储空间比较小，因此把它们全部定义成宏。此外，为了降低执行时间的不确定性，我们使用O(1)的跳转表来模拟状态的跳转。

首先定义跳转类型：

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typedef 
void 
(*actiontype)(state mystate, condition condition);
 
typedef 
struct
{
    s
tate next;
    a
ctiontype action;
} trasition, * ptrasition;

然后按照上图中的跳转关系，把三个跳转加一个陷阱跳转先定义出来：

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// (s1, c1, s2, a1)
trasition t1 = {
    
STATE2,
    
action1
};
 
// (s2, c2, s3, a2)
trasition t2 = {
    
STATE3,
    
action2
};
 
// (s3, c1, s2, a3)
trasition t3 = {
    
STATE2,
    
action3
};
 
// (s, c, trap, a1)
trasition tt = {
    
STATETRAP,
    
actiontrap
};

其中的动作，由用户自己完成，在这里仅定义一条输出语句。

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void 
action1(State state, Condition condition)
{
    
printf
(
"Action 1 triggered.\n"
);
}

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最后定义跳转表：

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pt
rasition transition_table[STATES][CONDITIONS] = {
/*      c1,  c2*/
/* s1 */
&t1, &tt,
/* s2 */
&tt, &t2,
/* s3 */
&t3, &tt,
/* st */
&tt, &tt,
};

即可表达上文中的跳转关系。

最后定义状态机，如果不考虑多任务请求，那么状态机仅需要存储当前状态便行了。例如：

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typedef 
struct
{
    
State current;
} StateMachine, * pStateMachine;
 
State step(pStateMachine machine, Condition condition)
{
    
pTrasition t = transition_table[machine->current][condition];
    
(*(t->action))(machine->current, condition);
    
machine->current = t->next;
    
return 
machine->current;
}

总结：我们现在设计实现好了一个状态机，然后要给这个状态机特定的输入，看看状态机的运转情况，以上面图中的那个状态机为例，我们输入的序列是0和1分别代表c1和C2，然后状态s1，s2分别对应0，1.用程序实现这个内容如下


三、程序实现


程序清单：小型状态机的实现 
#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

#include<stdlib.h>

typedef int state;

typedef int condition;

#define STATENUM 4

#define STATE1 0

#define STATE2 1

#define STATE3 2

#define STATETRAP 3

#define CONDITIONS 2

#define CONDITION1 0

#define CONDITION2 1

typedef void (* actiontype)(state mystate,condition mycondition);

typedef struct{

  state next;

  actiontype action;

}trasition, *ptrasition;

void action1(state mystate,condition myconditon);

void action2(state mystate,condition myconditon);

void action3(state mystate,condition myconditon);

void actiontrap(state mystate,condition myconditon);

trasition t1={

  STATE2,action1

};

trasition t2={

  STATE3,action2

};

trasition t3={

  STATE2,action3

};

trasition tt={

  STATETRAP,actiontrap

};

void action1(state mystate,condition myconditon){

  printf("action1 one triggered\n");

}

void action2(state mystate,condition myconditon){

  printf("action2 one triggered\n");

}

void action3(state mystate,condition myconditon){

  printf("action3 one triggered\n");

}

void actiontrap(state mystate,condition myconditon){

  printf("actiontrap one triggered\n");

}

ptrasition transition_table[STATENUM][CONDITIONS] = {

/*      c1,  c2*/

/* s1 */&t1, &tt,

/* s2 */&tt, &t2,

/* s3 */&t3, &tt,

/* st */&tt, &tt,

};

typedef struct

{

    state current;

} StateMachine, * pStateMachine;

state step(pStateMachine machine, condition mycondition)

{

    ptrasition t = transition_table[machine->current][mycondition];

    (*(t->action))(machine->current, mycondition);

    machine->current = t->next;

    printf("the current state is %d\n",t->next );

    return machine->current;

}

int main(int argc, char *argv[])

{

  StateMachine mymachine;

  mymachine.current=STATE1;

  int mycon;

  char ch;

  while(1){

    scanf("%d",&mycon);

    step(&mymachine,mycon);

  }

  return 0;

}

程序输入与输出结果示例：



四、外部参考

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