站在華為上汽面試官的角度去想問(wèn)題-ATM狀態(tài)機(jī)又撒了壹萬(wàn)億

引言

記得年輕的時(shí)候去面試一家大廠的嵌入式軟件工程師的職位，面試官讓很多候選人三人一組討論去設(shè)計(jì)一款ATM機(jī)，當(dāng)時(shí)我們那組討論的熱火朝天，什么把Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核移植過(guò)來(lái)，加入互鎖機(jī)制確保取錢(qián)的安全性，什么多線程加快速度等等天馬行空的方案。最終默默地在等待Offer，就一直默默而無(wú)下文了。現(xiàn)在站在大廠的角度想一想，可能是通過(guò)一些試題想考察你對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的軟件思維能力。啥叫軟件思維能力。就是從軟件的角度去解讀需求。別囫圇吞棗，大而空地泛泛之談。你能想得越細(xì)，設(shè)計(jì)的代碼覆蓋的case越多，設(shè)計(jì)的代碼簡(jiǎn)單且RAM,ROM越節(jié)省，執(zhí)行效率越高，這才是去做嵌入式軟件工程師的正確解法。我們從狀態(tài)機(jī)的角度去分析一下解題步驟：

• 全面詳盡的弄清楚客戶的需求，分解成相應(yīng)的功能或多個(gè)子功能需求
• 弄清楚這些功能中的狀態(tài)，并確定狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件（及狀態(tài)的進(jìn)入和退出條件或事件），設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的狀態(tài)骨架
• 測(cè)試每個(gè)轉(zhuǎn)移的有效性
• 針對(duì)每個(gè)狀態(tài)，結(jié)合功能需求細(xì)化狀態(tài)中需要做哪些事情
• 集成進(jìn)行系統(tǒng)的集成測(cè)試

ATM狀態(tài)機(jī)

當(dāng)您設(shè)計(jì)ATM 的功能時(shí)，設(shè)想一下你是小明。小明走到ATM機(jī)面前，一系列的事件（事件是指在某個(gè)時(shí)刻發(fā)生的事情 ）發(fā)生了，插入卡片（Card_Insert_Event），輸入密碼（Pin_Enter_Even），選擇辦理事項(xiàng)(Option_Selection_Event：取錢(qián)/存錢(qián)/查詢余額），輸入數(shù)額（Amount_Enter_Event）并按確認(rèn)，ATM吐出所需錢(qián)財(cái)（Amount_Dispatch_Event）。如下圖為從ATM取錢(qián)的一個(gè)狀態(tài)機(jī)模型， 描述了ATM狀態(tài)及轉(zhuǎn)移條件。

狀態(tài)作為系統(tǒng)的一種特定階段的狀態(tài)，則會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，直到特定的觸發(fā)事件導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)的轉(zhuǎn)移的特定點(diǎn)為止。例如夜深人靜的時(shí)候ATM大概率處于空閑狀態(tài)。過(guò)節(jié)的時(shí)候（是蠻多和女生相關(guān)的且需要花錢(qián)的節(jié)日的），你走到ATM插入卡片后的那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，ATM從空閑狀態(tài)切換到了檢測(cè)到卡片插入狀態(tài)。

對(duì)事件發(fā)生所執(zhí)行的事件處理是當(dāng)前狀態(tài)和輸入事件的一個(gè)函數(shù)。此處的名字叫做EventHandle， 還可叫做Action（有三類：entry，during，exit）。其可存在轉(zhuǎn)移的分支上，或者是位于狀態(tài)的進(jìn)入或退出動(dòng)作或during標(biāo)簽中，如下圖所示。

• entry: 當(dāng)進(jìn)入一個(gè)狀態(tài)的時(shí)候執(zhí)行該標(biāo)簽下的action，該action在狀態(tài)中其它任何action之前執(zhí)行。
• during: 當(dāng)狀態(tài)處于激活時(shí)執(zhí)行during 標(biāo)簽下的action ， during活動(dòng)在進(jìn)入活動(dòng)之后執(zhí)行，并且—直運(yùn)行到它本身完成為止（同步執(zhí)行的動(dòng)作）。
• exit: 當(dāng)離開(kāi)—個(gè)狀態(tài)的時(shí)候觸發(fā)執(zhí)行該標(biāo)簽下的action，該活動(dòng)在該狀態(tài)結(jié)束之前并且所有其它action都完成后觸發(fā)執(zhí)行。

一般狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換不僅依賴于Event的發(fā)生，還需要[Condition Expression]這個(gè)門(mén)控條件成立，才能發(fā)生轉(zhuǎn)移。如下圖中的轉(zhuǎn)移的方式：轉(zhuǎn)移條件分別為Condition和Event。

狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)方式

如果你用C語(yǔ)言建模的話，一般推薦下面兩種方式

• 實(shí)現(xiàn)方式1：switch-case結(jié)構(gòu)。
  實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，Case變多的時(shí)候不易維護(hù)，并且圈復(fù)雜度較高。

#include <stdio.h>
//Different state of ATM machine
typedef enum
{
    Idle_State,
    Card_Inserted_State,
    Pin_Eentered_State,
    Option_Selected_State,
    Amount_Entered_State,
} eSystemState;
//Different type events
typedef enum
{
    Card_Insert_Event,
    Pin_Enter_Event,
    Option_Selection_Event,
    Amount_Enter_Event,
    Amount_Dispatch_Event
} eSystemEvent;
//Prototype of eventhandlers
eSystemState AmountDispatchHandler(void)
{
    return Idle_State;
}
eSystemState EnterAmountHandler(void)
{
    return Amount_Entered_State;
}
eSystemState OptionSelectionHandler(void)
{
    return Option_Selected_State;
}
eSystemState EnterPinHandler(void)
{
    return Pin_Eentered_State;
}
eSystemState InsertCardHandler(void)
{
    return Card_Inserted_State;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    eSystemState eNextState = Idle_State;
    eSystemEvent eNewEvent;
    while(1)
    {
        //Read system Events
        eSystemEvent eNewEvent = ReadEvent();
        switch(eNextState)
        {
        case Idle_State:
        {
            if(Card_Insert_Event == eNewEvent)
            {
                eNextState = InsertCardHandler();
            }
        }
        break;
        case Card_Inserted_State:
        {
            if(Pin_Enter_Event == eNewEvent)
            {
                eNextState = EnterPinHandler();
            }
        }
        break;
        case Pin_Eentered_State:
        {
            if(Option_Selection_Event == eNewEvent)
            {
                eNextState = OptionSelectionHandler();
            }
        }
        break;
        case Option_Selected_State:
        {
            if(Amount_Enter_Event == eNewEvent)
            {
                eNextState = EnterAmountHandler();
            }
        }
        break;
        case Amount_Entered_State:
        {
            if(Amount_Dispatch_Event == eNewEvent)
            {
                eNextState = AmountDispatchHandler();
            }
        }
        break;
        default:
            break;
        }
    }
    return 0;
}

• 實(shí)現(xiàn)方式2：查表方式
  易于維護(hù)，可以方便你增加新的狀態(tài)或事件。減少代碼的長(zhǎng)度，通過(guò)函數(shù)指針和事件及狀態(tài)進(jìn)行綁定，非要說(shuō)個(gè)缺點(diǎn)就是使用了指針，在汽車Misra C標(biāo)準(zhǔn)中不太推薦使用指針。

#include <stdio.h>
//Different state of ATM machine
typedef enum
{
    Idle_State,
    Card_Inserted_State,
    Pin_Eentered_State,
    Option_Selected_State,
    Amount_Entered_State,
    last_State
} eSystemState;
//Different type events
typedef enum
{
    Card_Insert_Event,
    Pin_Enter_Event,
    Option_Selection_Event,
    Amount_Enter_Event,
    Amount_Dispatch_Event,
    last_Event
} eSystemEvent;
//typedef of function pointer
typedef eSystemState (*pfEventHandler)(void);
//structure of state and event with event handler
typedef struct
{
    eSystemState eStateMachine;
    eSystemEvent eStateMachineEvent;
    pfEventHandler pfStateMachineEvnentHandler;
} sStateMachine;
//function call to dispatch the amount and return the ideal state
eSystemState AmountDispatchHandler(void)
{
    return Idle_State;
}
//function call to Enter amount and return amount entered state
eSystemState EnterAmountHandler(void)
{
    return Amount_Entered_State;
}
//function call to option select and return the option selected state
eSystemState OptionSelectionHandler(void)
{
    return Option_Selected_State;
}
//function call to enter the pin and return pin entered state
eSystemState EnterPinHandler(void)
{
    return Pin_Eentered_State;
}
//function call to processing track data and return card inserted state
eSystemState InsertCardHandler(void)
{
    return Card_Inserted_State;
}
//Initialize array of structure with states and event with proper handler
sStateMachine asStateMachine [] =
{
    {Idle_State,Card_Insert_Event,InsertCardHandler},
    {Card_Inserted_State,Pin_Enter_Event,EnterPinHandler},
    {Pin_Eentered_State,Option_Selection_Event,OptionSelectionHandler},
    {Option_Selected_State,Amount_Enter_Event,EnterAmountHandler},
    {Amount_Entered_State,Amount_Dispatch_Event,AmountDispatchHandler}
};
//main function
int main(int argc, char *argv[])
{
    eSystemState eNextState = Idle_State;
    while(1)
    {
        //Api read the event
        eSystemEvent eNewEvent = read_event();
        if((eNextState < last_State) && (eNewEvent < last_Event)&& (asStateMachine[eNextState].eStateMachineEvent == eNewEvent) && (asStateMachine[eNextState].pfStateMachineEvnentHandler != NULL))
        {
            // function call as per the state and event and return the next state of the finite state machine
            eNextState = (*asStateMachine[eNextState].pfStateMachineEvnentHandler)();
        }
        else
        {
            //Invalid
        }
    }
    return 0;
}