有限狀態(tài)機(jī)

有限狀態(tài)機(jī)是一種用來進(jìn)行對象行為建模的工具，其作用主要是描述對象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)來自外界的各種事件。在計算機(jī)科學(xué)中，有限狀態(tài)機(jī)被廣泛用于建模應(yīng)用行為、硬件電路系統(tǒng)設(shè)計、軟件工程，編譯器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、和計算與語言的研究。比如下圖非常有名的TCP協(xié)議狀態(tài)機(jī)。

其實我們在編程時實現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯時經(jīng)常需要處理各種事件和狀態(tài)切換，寫各種switch/case 和if/else ，所以我們其實可能一直都在跟有限狀態(tài)機(jī)打交道，只是可能沒有意識到。在處理一些業(yè)務(wù)邏輯比較復(fù)雜的需求時，可以先看看是否適合用一個有限狀態(tài)機(jī)來描述，如果可以把業(yè)務(wù)模型抽象成一個有限狀態(tài)機(jī)，那么代碼就會邏輯特別清晰，結(jié)構(gòu)特別規(guī)整。

下面我們就來聊聊所謂的狀態(tài)機(jī)，以及它如何在代碼中實現(xiàn)。

1、狀態(tài)機(jī)的要素

狀態(tài)機(jī)可歸納為4個要素，即現(xiàn)態(tài)、條件、動作、次態(tài)。“現(xiàn)態(tài)”和“條件”是因，“動作”和“次態(tài)”是果。詳解如下：

①現(xiàn)態(tài)：是指當(dāng)前所處的狀態(tài)。

②條件：又稱為“事件”。當(dāng)一個條件被滿足，將會觸發(fā)一個動作，或者執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。

③動作：條件滿足后執(zhí)行的動作。動作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。動作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動作，直接遷移到新狀態(tài)。

④次態(tài)：條件滿足后要遷往的新狀態(tài)。“次態(tài)”是相對于“現(xiàn)態(tài)”而言的，“次態(tài)”一旦被激活，就轉(zhuǎn)變成新的“現(xiàn)態(tài)”了。

我們可以用狀態(tài)表了表示整個過程，如下圖所示。

狀態(tài)表

這里需要注意的兩個問題：

1、避免把某個“程序動作”當(dāng)作是一種“狀態(tài)”來處理。那么如何區(qū)分“動作”和“狀態(tài)”？“動作”是不穩(wěn)定的，即使沒有條件的觸發(fā)，“動作”一旦執(zhí)行完畢就結(jié)束了；而“狀態(tài)”是相對穩(wěn)定的，如果沒有外部條件的觸發(fā)，一個狀態(tài)會一直持續(xù)下去。

2、狀態(tài)劃分時漏掉一些狀態(tài)，導(dǎo)致跳轉(zhuǎn)邏輯不完整。

所以維護(hù)上述一張狀態(tài)表就非常必要，而且有意義了。從表中可以直觀看出那些狀態(tài)直接存在跳轉(zhuǎn)路徑，那些狀態(tài)直接不存在。如果不存在，就把對應(yīng)的單元格置灰。 每次寫代碼之前先把表格填寫好，并且對置灰的部分重點review，看看是否有“漏態(tài)”，然后才是寫代碼。QA拿到這張表格之后，寫測試用例也是手到擒來。

2、狀態(tài)機(jī)在object-C的代碼實現(xiàn)。

我在開發(fā)百度地圖導(dǎo)航過程頁以及百度CarLife的反控手機(jī)識別中都用到了有些狀態(tài)機(jī)編程，下面我結(jié)合個人的經(jīng)驗，給大家分享一個iOS程序中實現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的寫法。

先回顧一下上面那個狀態(tài)表，其中狀態(tài)變遷時執(zhí)行的動作，可能是由一系列的元動作組成，并且通常都是跟現(xiàn)態(tài)和次態(tài)強(qiáng)相關(guān)的，所以，我把狀態(tài)表做一個改進(jìn)，如下所示：

其中：FSM_FUN(stateA,stateB) 就表示，從狀態(tài)stateA跳轉(zhuǎn)到stateB時要執(zhí)行的所有元動作的有序集。

1、準(zhǔn)備工作，狀態(tài)定義和事件定義

宏定義

這里沒有啥特殊的，主要是借助宏定義，比較巧妙的實現(xiàn)枚舉值到字符串的轉(zhuǎn)換，比如枚舉值stateA，能自動生成字符串@“stateA”,用于后面的狀態(tài)函數(shù)名拼接。這是一個通用的枚舉值自動轉(zhuǎn)字符串的解決方案，參考的鏈接（ http://stackoverflow.com/a/202511）

2、Model類定義

iOS開發(fā)都會采用MVC架構(gòu)或者相關(guān)變種，但是狀態(tài)的維護(hù)都會實現(xiàn)在Model中。這里定義了一個簡單的TestModel，它有一個成員變量state，保存著當(dāng)前的狀態(tài)。

Model定義

3、實現(xiàn)Model類的一個category，

里面主要定義和實現(xiàn)了狀態(tài)跳轉(zhuǎn)時要執(zhí)行的一些動作。

4、重新Model的setState方法，使得在設(shè)置狀態(tài)時能自動去執(zhí)行狀態(tài)跳轉(zhuǎn)時需要執(zhí)行的動作。

5、處理事件輸入，實現(xiàn)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)邏輯。

這里有兩種寫法，一種是在狀態(tài)中判斷事件：

狀態(tài)中判斷事件

一種是事件中判斷狀態(tài)：

事件中判斷狀態(tài)

思考與討論：

狀態(tài)跳轉(zhuǎn)邏輯的兩種寫法，實現(xiàn)的功能和效果完全相同，孰優(yōu)孰劣，歡迎留言探討。

本人觀點：一般業(yè)務(wù)場景來說，狀態(tài)的數(shù)量是確定的切數(shù)目較少，不同狀態(tài)下需要處理的事件也不一樣。而觸發(fā)的事件數(shù)量則比較多，采用上面第二種方式在事件中判斷狀態(tài)也有利于把里面一層的switch/case剝離出來當(dāng)成單獨的函數(shù)，做一些代碼模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，故推薦使用第二種方式，事件中判斷狀態(tài)。

優(yōu)化后的狀態(tài)變化函數(shù)代碼，如下圖。

優(yōu)化后

歡迎探討

本文主要介紹了一下什么是有限狀態(tài)機(jī)，然后通過一個具體的代碼示例介紹了一些本人在狀態(tài)機(jī)編程上的經(jīng)驗和理解，歡迎各位進(jìn)行交流指正。

謝謝大家的寶貴時間。

作者：我是云峰小羅 鏈接：http://www.jianshu.com/p/5eb45c64f3e3 來源：簡書 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入浅出理解有限状态机的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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