state-machine - 用于状态机

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我会在哪些编程领域使用状态机？为什么 ？我怎样才能实现一个？

编辑:如果要求不过分，请提供一个实际示例。

Answer 1

我会在哪些编程领域使用状态机？

使用状态机来表示一个(真实的或逻辑的)对象，该对象可以存在于有限数量的条件(“状态”)中，并根据固定的集合从一种状态进展到下一种状态规则。

为什么要使用状态机？

状态机通常是一种非常紧凑的方式来表示一组复杂的规则和条件，并处理各种输入。您将在内存有限的嵌入式设备中看到状态机。如果实现得当，状态机是自记录的，因为每个逻辑状态都代表一种物理条件。与程序等价物相比，状态机可以用极少的代码来实现，并且运行效率极高。此外，管理状态更改的规则通常可以作为数据存储在表中，提供易于维护的紧凑表示。

如何实现？

简单的例子:

enum states {      // Define the states in the state machine.
  NO_PIZZA,        // Exit state machine.
  COUNT_PEOPLE,    // Ask user for # of people.
  COUNT_SLICES,    // Ask user for # slices.
  SERVE_PIZZA,     // Validate and serve.
  EAT_PIZZA        // Task is complete.
} STATE;

STATE state = COUNT_PEOPLE;
int nPeople, nSlices, nSlicesPerPerson;

// Serve slices of pizza to people, so that each person gets
/// the same number of slices.   
while (state != NO_PIZZA)  {
   switch (state)  {
   case COUNT_PEOPLE:  
       if (promptForPeople(&nPeople))  // If input is valid..
           state = COUNT_SLICES;       // .. go to next state..
       break;                          // .. else remain in this state.
   case COUNT_SLICES:  
       if (promptForSlices(&nSlices))
          state = SERVE_PIZZA;
        break;
   case SERVE_PIZZA:
       if (nSlices % nPeople != 0)    // Can't divide the pizza evenly.
       {                             
           getMorePizzaOrFriends();   // Do something about it.
           state = COUNT_PEOPLE;      // Start over.
       }
       else
       {
           nSlicesPerPerson = nSlices/nPeople;
           state = EAT_PIZZA;
       }
       break;
   case EAT_PIZZA:
       // etc...
       state = NO_PIZZA;  // Exit the state machine.
       break;
   } // switch
} // while

注释:

• 为简单起见，该示例使用具有显式 case/break 状态的 switch()。在实践中，案例通常会“失败”到下一个状态。

• 为了便于维护大型状态机，每个case中完成的工作可以封装在“worker”函数中。获取 while() 顶部的任何输入，将其传递给辅助函数，并检查辅助函数的返回值以计算下一个状态。

• 为了紧凑，整个 switch() 可以用函数指针数组替换。每个状态都由一个函数体现，该函数的返回值是指向下一个状态的指针。 警告:这可能会简化状态机或使其完全无法维护，因此请仔细考虑实现!

• 嵌入式设备可以实现为状态机，仅在发生灾难性错误时退出，然后执行硬重置并重新进入状态机。