摘要：狀態機模式是一種行為模式，在《設計模式》這本書中對其有詳細的描述，通過多態實現不同狀態的調轉行為的確是一種很好的方法，只可惜在嵌入式環境下，有時只能寫純C代碼，并且還需要考慮代碼的重入和多任務請求跳轉等情形，因此實現起來著實需要一番考慮。本文主要為你實現一個簡單的有限狀態機，沒有考慮代碼的重入和多任務跳轉，為以后復雜的狀態機實現，打下基礎。

?本文來源：用C語言實現有限狀態自動機FSM

一、狀態機實現的要素

首先，分析一下一個普通的狀態機究竟要實現哪些內容。

狀態機存儲從開始時刻到現在的變化，并根據當前輸入，決定下一個狀態。這意味著，狀態機要存儲狀態、獲得輸入（我們把它叫做跳轉條件）、做出響應。

如上圖所示，{s1, s2, s3}均為狀態，箭頭c1/a1表示在s1狀態、輸入為c1時，跳轉到s2，并進行a1操作。

最下方為一組輸入，狀態機應做出如下反應：

當前狀態	輸入	下一個狀態	動作
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

?

當某個狀態遇到不能識別的輸入時，就默認進入陷阱狀態，在陷阱狀態中，不論遇到怎樣的輸入都不能跳出。

為了表達上面這個自動機，我們定義它們的狀態和輸入類型：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

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

?總結一下，我們需要定義的有狀態、輸入、行為（動作+下一個狀態），其中，行為的個數是“狀態數*輸入數量”（其中有一些是重復的）；其中動作一般來說可以用一個函數指針來實現。

二、具體設計

? ? ? ?在嵌入式環境中，由于存儲空間比較小，因此把它們全部定義成宏。此外，為了降低執行時間的不確定性，我們使用O(1)的跳轉表來模擬狀態的跳轉。

首先定義跳轉類型：

1 2 3 4 5 6 7

typedef?void? (*actiontype)(state mystate, condition condition); typedef?struct { ????state next; ????actiontype action; } trasition, * ptrasition;

?

然后按照上圖中的跳轉關系，把三個跳轉加一個陷阱跳轉先定義出來：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

// (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 };

?

其中的動作，由用戶自己完成，在這里僅定義一條輸出語句。

1 2 3 4

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

1

最后定義跳轉表：

1 2 3 4 5 6 7

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

?

即可表達上文中的跳轉關系。

最后定義狀態機，如果不考慮多任務請求，那么狀態機僅需要存儲當前狀態便行了。例如：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

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; }

總結：我們現在設計實現好了一個狀態機，然后要給這個狀態機特定的輸入，看看狀態機的運轉情況，以上面圖中的那個狀態機為例，我們輸入的序列是0和1分別代表c1和C2，然后狀態s1，s2分別對應0，1.用程序實現這個內容如下

三、程序實現

程序清單：小型狀態機的實現 #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 1typedef 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; }
程序輸入與輸出結果示例：
四、外部參考 【1】 嵌入式設計模式：有限狀態自動機的C語言實現? http://www.cnblogs.com/autosar/archive/2012/06/22/2558604.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的用C语言实现有限状态自动机FSM的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。