改變嵌軟開發(fā)思維方式之：狀態(tài)機(jī)的三種實(shí)現(xiàn)方法

作者 | Alicedodo

上一篇推文：咱們是時(shí)候改變一下嵌入式軟件開發(fā)思維方式了！提到了狀態(tài)機(jī)。在之前的推文中：干貨 | 嵌入式之狀態(tài)機(jī)編程。有簡(jiǎn)單介紹了狀態(tài)機(jī)的示例。這次我們一起來學(xué)習(xí)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的三種方法解析。

狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)無非就是 3 個(gè)要素：狀態(tài)、事件、響應(yīng)。轉(zhuǎn)換成具體的行為就 3 句話。

• 發(fā)生了什么事？
• 現(xiàn)在系統(tǒng)處在什么狀態(tài)？
• 在這樣的狀態(tài)下發(fā)生了這樣的事，系統(tǒng)要干什么？

用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)主要有 3 種方法：switch—case 法、表格驅(qū)動(dòng)法、函數(shù)指針法。

switch—case 法

狀態(tài)用 switch—case 組織起來， 將事件也用switch—case 組織起來， 然后讓其中一個(gè) switch—case 整體插入到另一個(gè) switch—case 的每一個(gè) case 項(xiàng)中  。

「程序清單 List4  ：」

switch(StateVal)
{
case S0:
switch(EvntID)
{
case E1:
action_S0_E1(); /*S0 狀態(tài)下 E1 事件的響應(yīng)*/
StateVal = new state value;/*狀態(tài)遷移，不遷移則沒有此行*/
break;
case E2:
action_S0_E2(); /*S0 狀態(tài)下 E2 事件的響應(yīng)*/
StateVal = new state value;
break;
......
case Em:
action_S0_Em(); /*S0 狀態(tài)下 Em 事件的響應(yīng)*/
StateVal = new state value;
break;
default:
break;
}
break;
case S1:
......
break;
......
case Sn:
......
break;
default:
break;
}
上面的偽代碼示例只是通用的情況，實(shí)際應(yīng)用遠(yuǎn)沒有這么復(fù)雜。雖然一個(gè)系統(tǒng)中事件可能有很多種，但在實(shí)際應(yīng)用中，許多事件可能對(duì)某個(gè)狀態(tài)是沒有意義的。

例如在程序清單 List4中，如果 E2、······ Em 對(duì)處在 S0 狀態(tài)下的系統(tǒng)沒有意義，那么在 S0 的 case 下有關(guān)事件E2、······ Em 的代碼根本沒有必要寫,狀態(tài) S0 只需要考慮事件 E1 的處理就行了。

既然是兩個(gè) switch—case 之間的嵌套， 那么就有一個(gè)誰(shuí)嵌套誰(shuí)的問題， 所以說 switch—case法有兩種寫法：狀態(tài)嵌套事件和事件嵌套狀態(tài)。這兩種寫法都可以， 各有利弊， 至于到底選用哪種方式就留給設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體情況自行決斷吧。

關(guān)于 switch—case 法還有最后一點(diǎn)要說明， 因?yàn)?switch—case 的原理是從上到下挨個(gè)比較，越靠后，查找耗費(fèi)的時(shí)間就越長(zhǎng)，所以要注意狀態(tài)和事件在各自的 switch 語(yǔ)句中的安排順序，不推薦程序清單 List4 那樣按順序號(hào)排布的方式。出現(xiàn)頻率高或者實(shí)時(shí)性要求高的狀態(tài)和事件的位置應(yīng)該盡量靠前。

表格驅(qū)動(dòng)法

如果說 switch—case 法是線性的，那么表格驅(qū)動(dòng)法則是平面的。表格驅(qū)動(dòng)法的實(shí)質(zhì)就是將狀態(tài)和事件之間的關(guān)系固化到一張二維表格里， 把事件當(dāng)做縱軸，把狀態(tài)當(dāng)做橫軸，交點(diǎn)[Sn , Em]則是系統(tǒng)在 Sn 狀態(tài)下對(duì)事件 Em 的響應(yīng)  。

如圖 4， 我把表格中的 Node_SnEm 叫做狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)， 狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn) Node_SnEm 是系統(tǒng)在 Sn狀態(tài)下對(duì)事件 Em 的響應(yīng)。這里所說的響應(yīng)包含兩個(gè)方面：輸出動(dòng)作和狀態(tài)遷移。狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)一般是一個(gè)類似程序清單 List5 中的結(jié)構(gòu)體變量 。

struct fsm_node
{
void (*fpAction)(void* pEvnt);
INT8U u8NxtStat;
};
程序清單 List5 中的這個(gè)結(jié)構(gòu)體有兩個(gè)成員：fpAction 和 u8NxtStat。fpAction 是一個(gè)函數(shù)指針， 指向一個(gè)形式為 void func(void * pEvnt)的函數(shù)， func 這個(gè)函數(shù)是對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移中動(dòng)作序列的標(biāo)準(zhǔn)化封裝。

也就是說， 狀態(tài)機(jī)在狀態(tài)遷移的時(shí)候， 不管輸出多少個(gè)動(dòng)作、操作多少個(gè)變量、調(diào)用多少個(gè)函數(shù)，這些行為統(tǒng)統(tǒng)放到函數(shù) func 中去做。

把動(dòng)作封裝好了之后，再把封裝函數(shù) func 的地址交給函數(shù)指針 fpAction，這樣，想要輸出動(dòng)作，只需要調(diào)用函數(shù)指針 fpAction 就行了。

再看看上面的 func 函數(shù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)函數(shù)有一個(gè)形參 pEvnt，這是一個(gè)類型為 void * 的指針， 在程序?qū)嶋H運(yùn)行時(shí)指向一個(gè)能存儲(chǔ)事件的變量，通過這個(gè)指針我們就能獲知關(guān)于事件的全部信息，這個(gè)形參是很有必要的。事件一般包括兩個(gè)屬性：事件的類型和事件的內(nèi)容。

例如一次按鍵事件，我們不僅要知道這是一個(gè)按鍵事件，還要知道按下的到底是哪個(gè)鍵。事件的類型和狀態(tài)機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)可以讓我們?cè)趫D 4 的表格中迅速定位，確定該調(diào)用哪個(gè)動(dòng)作封裝函數(shù)， 但是動(dòng)作封裝函數(shù)要正確響應(yīng)事件還需要知道事件的內(nèi)容是什么， 這也就是形參pEvnt 的意義。

由于事件的多樣性，存儲(chǔ)事件內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式不一定一樣，所以就把 pEvnt 定義成了 void * 型，以增加靈活性。有關(guān) fpAction 的最后一個(gè)問題：如果事件 Em 對(duì)狀態(tài) Sn 沒有意義，那么狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)Node_SnEm 中的 fpAction 該怎么辦？我的答案是：那就讓它指向一個(gè)空函數(shù)唄！前面不是說過么，什么也不干也叫響應(yīng)。

u8NxtStat 存儲(chǔ)的是狀態(tài)機(jī)的一個(gè)狀態(tài)值。我們知道， 狀態(tài)機(jī)響應(yīng)事件要輸出動(dòng)作， 也就是調(diào)用函數(shù)指針 fpAction 所指向的那個(gè)封裝函數(shù)， 函數(shù)調(diào)用完畢后程序返回主調(diào)函數(shù)， 狀態(tài)機(jī)對(duì)事件的響應(yīng)就算結(jié)束了， 下一步就要考慮狀態(tài)遷移的問題了。

可能要保持本狀態(tài)不變， 也可能要遷移到一個(gè)新的狀態(tài)，該如何抉擇呢？u8NxtStat 存儲(chǔ)的狀態(tài)就是狀態(tài)機(jī)想要的答案！

圖 4 的這張表格反映在 C 語(yǔ)言代碼里就是一個(gè)二維數(shù)組，第 1 維就是狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，第 2維就是統(tǒng)一分類的事件，而數(shù)組的元素則是程序清單 List5 中的結(jié)構(gòu)體常量。如果程序中使用表格驅(qū)動(dòng)法，還需要注意一些特別的事項(xiàng)。要將狀態(tài)當(dāng)做表格的橫軸，那么就要求狀態(tài)值集合必須滿足以下條件：

(1) 該集合是一個(gè)遞增的等差整數(shù)數(shù)列

(2) 該數(shù)列初值為 0

(3) 該數(shù)列等差值為 1

“事件” 作為縱軸，其特點(diǎn)和要求與用來做橫軸的“狀態(tài)” 完全一致。在 C 語(yǔ)言提供的數(shù)據(jù)類型中， 沒有比枚舉更符合以上要求的可選項(xiàng)了， 極力推薦將狀態(tài)集合和事件類型集合做成枚舉常量。表格驅(qū)動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)用接口統(tǒng)一 ，定位快速。

表格驅(qū)動(dòng)法屏蔽了不同狀態(tài)下處理各個(gè)事件的差異性，因此可以將處理過程中的共性部分提煉出來，做成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的框架式代碼，形成統(tǒng)一的調(diào)用接口。根據(jù)程序清單 List5 中的狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體，做成的框架代碼如程序清單 List6 所示。

表格驅(qū)動(dòng)法查找目標(biāo)實(shí)際上就是一次二維數(shù)組的尋址操作，所以它的平均效率要遠(yuǎn)高于switch—case 法。

「程序清單 List6  ：」

extern struct fsm_node g_arFsmDrvTbl[][]; /*狀態(tài)機(jī)驅(qū)動(dòng)表格*/
INT8U u8CurStat = 0; /*狀態(tài)暫存*/
INT8U u8EvntTyp = 0; /*事件類型暫存*/
void* pEvnt = NULL; /*事件變量地址暫存*/
struct fsm_node stNodeTmp = {NULL, 0}; /*狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)暫存*/
u8CurStat = get_cur_state(); /*讀取當(dāng)前狀態(tài)*/
u8EvntTyp = get_cur_evnt_typ(); /*讀取當(dāng)前觸發(fā)事件類型*/
pEvnt = (void*)get_cur_evnt_ptr(); /*讀取事件變量地址*/
stNodeTmp = g_arFsmDrvTbl[u8CurStat ][u8EvntTyp ];/*定位狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)*/
stNodeTmp.fpAction(pEvnt ); /*動(dòng)作響應(yīng)*/
set_cur_state(stNodeTmp.u8NxtStat); /*狀態(tài)遷移*/
.....
表格驅(qū)動(dòng)法好則好矣，但用它寫出來的程序還有點(diǎn)兒小問題，我們先來看看按照表格驅(qū)動(dòng)法寫出來的程序有什么特點(diǎn) 。

前面說過，表格驅(qū)動(dòng)法可以把狀態(tài)機(jī)調(diào)度的部分做成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的框架代碼，這個(gè)框架適用性極強(qiáng)， 不管用狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)什么樣的應(yīng)用， 框架代碼都不需要做改動(dòng)， 我們只需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合規(guī)劃好狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，然后將圖中的各個(gè)要素(狀態(tài)、事件、動(dòng)作、遷移，有關(guān)“條件”要素一會(huì)兒再說)用代碼實(shí)現(xiàn)就行了，我把這部分代碼稱作應(yīng)用代碼。

在應(yīng)用代碼的.c 文件中， 你會(huì)看到一個(gè)聲明為 const 的二維數(shù)組， 也就是圖 4 所示的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)表格， 還會(huì)看到許多彼此之間毫無關(guān)聯(lián)的函數(shù)， 也就是前面提到的動(dòng)作封裝函數(shù)。這樣的一份代碼， 如果手頭上沒有一張狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖， 讓誰(shuí)看了也會(huì)一頭霧水， 這樣的格式直接帶來了代碼可讀性差的問題。

如果我們想給狀態(tài)機(jī)再添加一個(gè)狀態(tài)，反映到代碼上就是給驅(qū)動(dòng)表格再加一列內(nèi)容，同時(shí)也要新添加若干個(gè)動(dòng)作封裝函數(shù)。如果驅(qū)動(dòng)表格很大， 做這些工作是很費(fèi)事兒的， 而且容易出錯(cuò)。如果不小心在數(shù)組中填錯(cuò)了位置， 那么程序跑起來就和設(shè)計(jì)者的意圖南轅北轍了，

遠(yuǎn)沒有在 switch—case 法中改動(dòng)來得方便、安全。上面說的只是小瑕疵， 其實(shí)最讓我不爽的是表格驅(qū)動(dòng)法不能使用干貨 | 嵌入式之狀態(tài)機(jī)編程 中 g_stFSM那樣的 Extended State Machine(對(duì)這個(gè)詞組還有印象吧？)！Extended State Machine 的最大特點(diǎn)就是狀態(tài)機(jī)響應(yīng)事件之前先判斷條件，根據(jù)判定結(jié)果選擇執(zhí)行哪些動(dòng)作，轉(zhuǎn)向哪個(gè)狀態(tài)。

也就是說，系統(tǒng)在狀態(tài) Sn 下發(fā)生了事件 Em 后，轉(zhuǎn)向的狀態(tài)不一定是唯一的，這種靈活性是 Extended State Machine 的最有價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)。

回過頭來看看程序清單 List5 中給出的狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體，如果系統(tǒng)在狀態(tài) Sn 下發(fā)生了事件 Em， 狀態(tài)機(jī)執(zhí)行完 fpAction 所給出的動(dòng)作響應(yīng)之后， 必須轉(zhuǎn)到 u8NxtStat 指定的狀態(tài)。

表格驅(qū)動(dòng)法的這個(gè)特性直接杜絕了 Extended State Machine 在表格驅(qū)動(dòng)法中應(yīng)用的可能性， 所以表格驅(qū)動(dòng)法的代碼實(shí)現(xiàn)中不存在“條件” 這個(gè)狀態(tài)機(jī)要素。ESM，你是如此的優(yōu)秀，我怎么舍得拋棄你 ？！

再看圖 4 所示的表格驅(qū)動(dòng)法示例圖，如果我們把表格中的代表事件的縱軸去掉，只留下代表狀態(tài)的橫軸，將一列合并成一格，前文提到的問題是不是能得到解決呢？不錯(cuò)！這就是失傳江湖多年的《葵花寶典》 ——閹割版表格驅(qū)動(dòng)法 ?。?

閹割版表格驅(qū)動(dòng)法，又名壓縮表格驅(qū)動(dòng)法，一維狀態(tài)表格與事件 switch—case 的合體。壓縮表格驅(qū)動(dòng)法使用了一維數(shù)組作為驅(qū)動(dòng)表格，數(shù)組的下標(biāo)即是狀態(tài)機(jī)的各個(gè)狀態(tài)。

表格中的元素叫做壓縮狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)， 節(jié)點(diǎn)的主要內(nèi)容還是一個(gè)指向動(dòng)作封裝函數(shù)的函數(shù)指針， 只不過這個(gè)動(dòng)作封裝函數(shù)不是為某個(gè)特定事件準(zhǔn)備的， 而是對(duì)所有的事件都有效的。

節(jié)點(diǎn)中不再?gòu)?qiáng)制指定狀態(tài)機(jī)輸出動(dòng)作完畢后所轉(zhuǎn)向的狀態(tài)， 而是讓動(dòng)作封裝函數(shù)返回一個(gè)狀態(tài)， 并把這個(gè)狀態(tài)作為狀態(tài)機(jī)新的狀態(tài)。

壓縮表格驅(qū)動(dòng)法的這個(gè)特點(diǎn)， 完美的解決了 Extended State Machine 不能在表格驅(qū)動(dòng)法中使用的問題 。

程序清單 List7 中的示例代碼包含了壓縮狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體和狀態(tài)機(jī)調(diào)用的框架代碼。

「程序清單 List7：」

struct fsm_node /*壓縮狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體*/
{
INT8U (*fpAction)(void* pEvnt); /*事件處理函數(shù)指針*/
INT8U u8StatChk; /*狀態(tài)校驗(yàn)*/
};
......
u8CurStat = get_cur_state(); /*讀取當(dāng)前狀態(tài)*/
......
if(stNodeTmp.u8StatChk == u8CurStat )
{
u8CurStat = stNodeTmp.fpAction(pEvnt ); /*事件處理*/
set_cur_state(u8CurStat ); /*狀態(tài)遷移*/
}
else
{
state_crash(u8CurStat ); /*非法狀態(tài)處理*/
}
.....
對(duì)照程序清單 List5，就會(huì)發(fā)現(xiàn)程序清單 List7 中 struct fsm_node 結(jié)構(gòu)體的改動(dòng)之處。首先， fpAction 所指向函數(shù)的函數(shù)形式變了，動(dòng)作封裝函數(shù) func 的模樣成了這樣的了：

INT8U func(void * pEvnt);
現(xiàn)在的動(dòng)作封裝函數(shù) func 是要返回類型為 INT8U 的返回值的，這個(gè)返回值就是狀態(tài)機(jī)要轉(zhuǎn)向的狀態(tài)， 也就是說， 壓縮表格驅(qū)動(dòng)法中的狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)狀態(tài)機(jī)新狀態(tài)的確定， 而把這項(xiàng)任務(wù)交給了動(dòng)作封裝函數(shù) func， func 返回哪個(gè)狀態(tài)， 狀態(tài)機(jī)就轉(zhuǎn)向哪個(gè)狀態(tài)。

新狀態(tài)由原來的常量變成了現(xiàn)在的變量，自然要靈活許多。上面說到現(xiàn)在的動(dòng)作封裝函數(shù) func 要對(duì)當(dāng)前發(fā)生的所有的事件都要負(fù)責(zé)， 那么 func 怎么會(huì)知道到底是哪個(gè)事件觸發(fā)了它呢？看一下 func 的形參 void * pEvnt 。

在程序清單 List5 中我們提到過，這個(gè)形參是用來向動(dòng)作封裝函數(shù)傳遞事件內(nèi)容的，但是從前文的敘述中我們知道， pEvnt 所指向的內(nèi)存包含了事件的所有信息， 包括事件類型和事件內(nèi)容 ， 所以通過形參 pEvnt ， 動(dòng)作封裝函數(shù) func 照樣可以知道事件的類型。

程序清單 List7 中 struct fsm_node 結(jié)構(gòu)體還有一個(gè)成員 u8StatChk ， 這里面存儲(chǔ)的是狀態(tài)機(jī) 的一個(gè)狀態(tài)，干什么用的呢？玩 C 語(yǔ)言數(shù)組的人都知道，要嚴(yán)防數(shù)組尋址越界。

要知道，壓縮表格驅(qū)動(dòng)法的驅(qū)動(dòng)表格是一個(gè)以狀態(tài)值為下標(biāo)的一維數(shù)組， 數(shù)組元素里面最重要的部分就是一個(gè)個(gè)動(dòng)作封裝函數(shù)的地址。

函數(shù)地址在單片機(jī)看來無非就是一段二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 和內(nèi)存中其它的二進(jìn)制數(shù)據(jù)沒什么兩樣，不管程序往單片機(jī) PC 寄存器里塞什么值，單片機(jī)都沒意見。假設(shè)程序由于某種意外而改動(dòng)了存儲(chǔ)狀態(tài)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)的變量，使變量值變成了一個(gè)非法狀態(tài)。

再發(fā)生事件時(shí)， 程序就會(huì)用這個(gè)非法的狀態(tài)值在驅(qū)動(dòng)表格中尋址， 這時(shí)候就會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄露，程序拿泄露內(nèi)存中的未知數(shù)據(jù)當(dāng)函數(shù)地址跳轉(zhuǎn)，不跑飛才怪！

為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生， 壓縮狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體中又添加了成員 u8StatChk 。u8StatChk中存儲(chǔ)的是壓縮狀態(tài)機(jī)節(jié)點(diǎn)在一維驅(qū)動(dòng)表格的位置， 例如某節(jié)點(diǎn)是表格中的第 7 個(gè)元素， 那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)的成員 u8StatChk 值就是 6。

看一下程序清單 List7 中的框架代碼示例， 程序在引用函數(shù)指針 fpAction 之前， 先檢查當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)成員 u8CurStat 的值是否一致，一致則認(rèn)為狀態(tài)合法，事件正常響應(yīng)，如果不一致，則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)非法，轉(zhuǎn)至意外處理，最大限度保證程序運(yùn)行的安全。當(dāng)然，如果泄露內(nèi)存中的數(shù)據(jù)恰好和 u8CurStat 一致，那么這種方法真的就回天乏力了。

還有一個(gè)方法也可以防止?fàn)顟B(tài)機(jī)跑飛，如果狀態(tài)變量是枚舉，那么框架代碼就可以獲知狀態(tài)值的最大值， 在調(diào)用動(dòng)作封裝函數(shù)之前判斷一下當(dāng)前狀態(tài)值是否在合法的范圍之內(nèi)， 同樣能保證狀態(tài)機(jī)的安全運(yùn)行。

壓縮表格驅(qū)動(dòng)法中動(dòng)作封裝函數(shù)的定義形式我們已經(jīng)知道了，函數(shù)里面到底是什么樣子的呢？程序清單 List8 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的示例。

「程序清單List8：」

INT8U action_S0(void* pEvnt)
{
INT8U u8NxtStat = 0;
INT8U u8EvntTyp = get_evnt_typ(pEvnt);
switch(u8EvntTyp )
{
case E1:
action_S0_E1(); /*事件 E1 的動(dòng)作響應(yīng)*/
u8NxtStat = new state value; /*狀態(tài)遷移，不遷移也必須有本行*/
break;
......
case Em:
action_S0_Em(); /*事件 Em 的動(dòng)作響應(yīng)*/
u8NxtStat = new state value; /*狀態(tài)遷移，不遷移也必須有本行*/
break;
default:
; /*不相關(guān)事件處理*/
break;
}
return u8NxtStat ; /*返回新狀態(tài)*/
}
從程序清單 List8 可以看出， 動(dòng)作封裝函數(shù)其實(shí)就是事件 switch—case 的具體實(shí)現(xiàn)。函數(shù)根據(jù)形參 pEvnt 獲知事件類型， 并根據(jù)事件類型選擇動(dòng)作響應(yīng)， 確定狀態(tài)機(jī)遷移狀態(tài)， 最后將新的狀態(tài)作為執(zhí)行結(jié)果返回給框架代碼。

有了這樣的動(dòng)作封裝函數(shù)， Extended State Machine 的應(yīng)用就可以完全不受限制了！到此，有關(guān)壓縮表格驅(qū)動(dòng)法的介紹就結(jié)束了。

個(gè)人認(rèn)為壓縮表格驅(qū)動(dòng)法是相當(dāng)優(yōu)秀的，它既有表格驅(qū)動(dòng)法的簡(jiǎn)潔、高效、標(biāo)準(zhǔn)，又有 switch—case 法的直白、靈活、多變，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰。

函數(shù)指針法

上面說過，用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)主要有 3 種方法(switch—case 法、表格驅(qū)動(dòng)法、函數(shù)指針法)， 其中函數(shù)指針法是最難理解的， 它的實(shí)質(zhì)就是把動(dòng)作封裝函數(shù)的函數(shù)地址作為狀態(tài)來看待。不過，有了之前壓縮表格驅(qū)動(dòng)法的鋪墊，函數(shù)指針法就變得好理解了，因?yàn)閮烧弑举|(zhì)上是相同的。

壓縮表格驅(qū)動(dòng)法的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)整數(shù)值(狀態(tài)機(jī)的一個(gè)狀態(tài))到一個(gè)函數(shù)地址(動(dòng)作封裝函數(shù))的一對(duì)一映射， 壓縮表格驅(qū)動(dòng)法的驅(qū)動(dòng)表格就是全部映射關(guān)系的直接載體。在驅(qū)動(dòng)表格中通過狀態(tài)值就能找到函數(shù)地址，通過函數(shù)地址同樣能反向找到狀態(tài)值。

我們用一個(gè)全局的整型變量來記錄狀態(tài)值，然后再查驅(qū)動(dòng)表格找函數(shù)地址，那干脆直接用一個(gè)全局的函數(shù)指針來記錄狀態(tài)得了，還費(fèi)那勞什子勁干嗎？！這就是函數(shù)指針法的前世今生。

用函數(shù)指針法寫出來的動(dòng)作封裝函數(shù)和程序清單 List8 的示例函數(shù)是很相近的， 只不過函數(shù)的返回值不再是整型的狀態(tài)值， 而是下一個(gè)動(dòng)作封裝函數(shù)的函數(shù)地址， 函數(shù)返回后， 框架代碼再把這個(gè)函數(shù)地址存儲(chǔ)到全局函數(shù)指針變量中。

相比壓縮表格驅(qū)動(dòng)法，在函數(shù)指針法中狀態(tài)機(jī)的安全運(yùn)行是個(gè)大問題，我們很難找出一種機(jī)制來檢查全局函數(shù)指針變量中的函數(shù)地址是不是合法值。如果放任不管， 一旦函數(shù)指針變量中的數(shù)據(jù)被篡改，程序跑飛幾乎就不可避免了。

小節(jié)

有關(guān)狀態(tài)機(jī)的東西說了那么多，相信大家都已經(jīng)感受到了這種工具的優(yōu)越性，狀態(tài)機(jī)真的是太好用了！其實(shí)我們至始至終講的都是有限狀態(tài)機(jī)(Finite State Machine 現(xiàn)在知道為什么前面的代碼中老是有 fsm 這個(gè)縮寫了吧！)， 還有一種比有限狀態(tài)機(jī)更 NB 更復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)， 那就是層次狀態(tài)機(jī)(Hierarchical State Machine 一般簡(jiǎn)寫為 HSM)。

通俗的說，系統(tǒng)中只存在一個(gè)狀態(tài)機(jī)的叫做有限狀態(tài)機(jī)，同時(shí)存在多個(gè)狀態(tài)機(jī)的叫做層次狀態(tài)機(jī)(其實(shí)這樣解釋層次狀態(tài)機(jī)有些不嚴(yán)謹(jǐn)， 并行狀態(tài)機(jī)也有多個(gè)狀態(tài)機(jī)， 但層次狀態(tài)機(jī)各個(gè)狀態(tài)機(jī)之間是上下級(jí)關(guān)系，而并行狀態(tài)機(jī)各個(gè)狀態(tài)機(jī)之間是平級(jí)關(guān)系)。

層次狀態(tài)機(jī)是一種父狀態(tài)機(jī)包含子狀態(tài)機(jī)的多狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，里面包含了許多與面向?qū)ο笙嗨频乃枷耄?所以它的功能也要比有限狀態(tài)機(jī)更加強(qiáng)大， 當(dāng)一個(gè)問題用有限狀態(tài)機(jī)解決起來有些吃力的時(shí)候， 就需要層次狀態(tài)機(jī)出馬了。

層次狀態(tài)機(jī)理論我理解得也不透徹， 就不在這里班門弄斧了，大家可以找一些有關(guān)狀態(tài)機(jī)理論的專業(yè)書籍來讀一讀。要掌握狀態(tài)機(jī)編程，理解狀態(tài)機(jī)(主要指有限狀態(tài)機(jī))只是第一步，也是最簡(jiǎn)單的一步，更重要的技能是能用狀態(tài)機(jī)這個(gè)工具去分析解剖實(shí)際問題：劃分狀態(tài)、 提取事件、 確定轉(zhuǎn)換關(guān)系、規(guī)定動(dòng)作等等，形成一張完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，最后還要對(duì)轉(zhuǎn)換圖進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到最佳。

把實(shí)際問題變成了狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖， 工作的一大半就算完成了， 這個(gè)是具有架構(gòu)師氣質(zhì)的任務(wù)，剩下的問題就是按照狀態(tài)圖編程寫代碼了，這個(gè)是具有代碼工特色的工作。

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