有限状态机（FSM）的设计与实现（二）

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分层状态机的设计：

对于状态较多的状态机，通常的设计会维护一个庞大的二维矩阵，所有状态耦合在一起，这往往导致维护困难，由于可能存在许多公共的特性，也会导致许多状态具有相同的处理函数。针对这些问题我们可以通过设计分层状态机来解决，主要的思想就是根据不同的功能模块设计出多个状态机，各个状态机分布在不同的层次上。上层状态机调用下层状态机时，上层状态机入栈，下层状态机变为当前处理状态机。通常我们使用堆栈来保存当前状态机的上层状态机信息。

下图描述一个分层状态机设计实现：






如上图所示，假设L1为上层状态机，L1状态机在L1_STATE2中可以通过L1L2_EVENT1事件触发进入L2状态机，L2状态机在L2_STATE2中通过L1L2_EVENT2事件触发返回L1状态机，L1和L2各自维护自己的状态表。

数据结构：

struct FSM_S
{
int curState;                        //当前状态机状态
int curFsmTableSize;                 //当前状态机查询表大小
STATE_TABLE_T* curFsmTable;          //当前状态机查询表
FSM_STACK_T stack[MAX_FSM_STACK_DEP];//状态机堆栈
int curStackTop;                     //栈顶
FSM_REGIST_T registFsm[MAX_FSM_NUM]; //注册状态机
int registFsmNum;                    //注册状态机个数
};

1：通过堆栈数据结构维护上层状态机信息。

2：保存所有可以注册状态机信息。

3：记录当前运行状态机信息。

主要接口：

void FSM_Init(FSM_T* pFsm);
void FSM_Regist(FSM_T* pFsm,STATE_TABLE_S* pStateTable,int FsmId,int curFsmTableSize);
void FSM_Begin(FSM_T* pFsm,int FsmId);
void FSM_MoveState(FSM_T* pFsm,int state);
void FSM_EventHandle(FSM_T* pFsm,int event);
void FSM_Push(FSM_T* pFsm);
void FSM_Pop(FSM_T* pFsm);

1：FSM_Regist 对所有的状态机信息进行注册

void FSM_Regist(FSM_T* pFsm,STATE_TABLE_S* pStateTable,int FsmId, int curFsmTableSize)
{
pFsm->registFsm[pFsm->registFsmNum].fsmId = FsmId;
pFsm->registFsm[pFsm->registFsmNum].FsmTable = pStateTable;
pFsm->registFsm[pFsm->registFsmNum].fsmTableSize = curFsmTableSize;

pFsm->registFsmNum++;
return;
}

2：FSM_Begin 用于开始一个新的状态机流程，切换状态表信息。

void FSM_Begin(FSM_T* pFsm,int FsmId)
{
for(int i=0;i<pFsm->registFsmNum;i++)
{
if(FsmId == pFsm->registFsm[i].fsmId)
{
pFsm->curFsmTable = pFsm->registFsm[i].FsmTable;
pFsm->curFsmTableSize = pFsm->registFsm[i].fsmTableSize;
break;
}
}
return;
}

3：FSM_Push/FSM_Pop 用于状态机切换的出入堆栈操作。

void FSM_Push(FSM_T* pFsm)
{
if(pFsm->curStackTop < MAX_FSM_STACK_DEP)
{
pFsm->curStackTop++;
pFsm->stack[pFsm->curStackTop].state     = pFsm->curState;
pFsm->stack[pFsm->curStackTop].pFsmTable = pFsm->curFsmTable;
pFsm->stack[pFsm->curStackTop].fsmTableSize = pFsm->curFsmTableSize;
}

return;
}

void FSM_Pop(FSM_T* pFsm)
{
if(pFsm->curStackTop > -1)
{
pFsm->curState   = pFsm->stack[pFsm->curStackTop].state;
pFsm->curFsmTable = pFsm->stack[pFsm->curStackTop].pFsmTable;
pFsm->curFsmTableSize = pFsm->stack[pFsm->curStackTop].fsmTableSize;
pFsm->curStackTop--;
}

return;
}

接口的使用：

/*L1 状态机定义*/
ACT_TABLE_T L1state1ActTable[] = {
{L1_EVENT1,L1state1_Event1Fun},
{L1_EVENT3,L1state1_Event3Fun},
};
ACT_TABLE_T L1state2ActTable[] = {
{L1_EVENT2,L1state2_Event2Fun},
{L1_L2_EVENT1,L1state2_L1L2EventFun},
};
STATE_TABLE_T L1FsmTable[] = {
{L1_STATE1,sizeof(L1state1ActTable)/sizeof(ACT_TABLE_T),L1state1ActTable},
{L1_STATE2,sizeof(L1state2ActTable)/sizeof(ACT_TABLE_T),L1state2ActTable},
};
/*L2 状态机定义*/
ACT_TABLE_T L2state1ActTable[] = {
{L2_EVENT1,L2state1_L2Event1Fun},
};
ACT_TABLE_T L2state2ActTable[] = {
{L1_L2_EVENT2,L2state2_L1L2EvenFun},
};
STATE_TABLE_T L2FsmTable[] = {
{L2_STATE1,sizeof(L2state1ActTable)/sizeof(ACT_TABLE_T),L2state1ActTable},
{L2_STATE2,sizeof(L2state2ActTable)/sizeof(ACT_TABLE_T),L2state2ActTable},
};

int main(int argc, _TCHAR* argv[])
{
FSM_T pFsm;

FSM_Init(&pFsm);
/*状态机注册*/
FSM_Regist(&pFsm,L1FsmTable,FSM_L1,sizeof(L1FsmTable)/sizeof(STATE_TABLE_T));
FSM_Regist(&pFsm,L2FsmTable,FSM_L2,sizeof(L2FsmTable)/sizeof(STATE_TABLE_T));
/*开始L1状态机*/
FSM_Begin(&pFsm,FSM_L1);
FSM_MoveState(&pFsm,L1_STATE1);
FSM_EventHandle(&pFsm,L1_EVENT1);
/*push 状态机*/
FSM_EventHandle(&pFsm,L1_L2_EVENT1);
/*L2状态机处理*/
FSM_EventHandle(&pFsm,L2_EVENT1);
/*pop 状态机*/
FSM_EventHandle(&pFsm,L1_L2_EVENT2);
/*L1状态机处理*/
FSM_EventHandle(&pFsm,L1_EVENT2);
return 0;
}

1：首先通过FSM_Regist注册所有的状态机。

2：FSM_EventHandle(&pFsm,L1_L2_EVENT1)中的动作处理函数中进行压栈操作同时进入L2状态机。

void L1state2_L1L2EventFun(void* pFsm)
{
FSM_Push((FSM_T*)pFsm);
FSM_Begin((FSM_T*)pFsm,FSM_L2);
FSM_MoveState((FSM_T*)pFsm,L2_STATE1);

return;
}

3：FSM_EventHandle(&pFsm,L1_L2_EVENT2)中的动作处理函数中进行出栈操作返回到L1状态机。

void L2state2_L1L2EvenFun(void* pFsm)
{
FSM_Pop((FSM_T*)pFsm);

return;
}

结论：

通过分层状态机的设计，各个功能实体维护自身的强相关的一套状态机，可以有效的减小状态机的复杂度，通过构建公共流程状态机，可以减小规模。综上所述：在针对规模较大、流程复杂的状态机设计，我们考虑使用分层的设计方法。