有限状态机（使用状态模式C++实现）

有限状态机
（
​​英语​​​：finite-state machine
，
​​​缩写​​
：
FSM
）又称
有限状态自动机
，简称
状态机
，是表示有限个
​​状态​​
以及在这些状态之间的转移和动作等行为的
​​数学模型​​
。 

  就像上面说的，既然是数学模型当然有很多的实现方法。其实最简单容易想到的方法就是使用switch case的写法：

 

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1. swtich(case)  
2. {  
3. case
4. do
5. break;  
6. case
7. do
8. break;  
9. .......  
10. }  
 

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1. 但是这种写法会带来很多的问题，首先是当状态多的时候，switch case的语句会写的很长，使得可读性非常差。其次，可维护性也很差，每当要添加一个状态转换时，就要在Switch case添加相应的状态转换函数。会使得代码变得冗长，难以扩展。  
 

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1. 当使用状态模式写状态机的时候，每一个状态就是一个类，添加状态只需要添加一个状态类就行了。在每一个类中实现相应的状态转换函数。  
 

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1. 使用状态模式的好处：  
 

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1. 1 每一个状态就是一个类，便于扩展，可读性高  
 

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1. 2 每一个类有一个状态转换函数，使得整个代码的层次结构，很清晰  
 

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1. 当然，没有一个东西是完美的。使用状态模式实现的时候，会使得类可能会变得很庞大。当总的来说，还是好处大于坏处的。毕竟代码不仅是出产品，还要考虑这个代码的扩展性还有可读性。一个只实现了功能，但扩展性很差，或者是除了你没有人看得懂，或者是很难看懂的代码，绝不是好代码。简单高效才是我们程序员追求的目标。  
 

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1. 一个很简单的例子，仿照电梯的例子：  
 

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1. <pre style="color: rgb(37, 37, 37); margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;"><pre style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;"><span style=" color:#008000;">/************************************************************************</span>  
 
Des: 状态机，负责状态的装换************************************************************************/#include "statemachine.h"#include "StateDefine.h"using namespace std;StateMachine::StateMachine() 
{

 
//起始的状态为停止状态m_currentState = m_lastState = STOP_STATE; 
}
 
StateMachine::~StateMachine() 
{

 
}
 
/*** @brief 状态机的初始化函数，负责把每一个状态的类放入Map中进行管理*/void StateMachine::init() 
{

 
m_stateManager[0] = new CloseState();m_stateManager[1] = new OpenState();m_stateManager[2] = new UpState();m_stateManager[3] = new DownState();m_stateManager[4] = new StopState();(m_stateManager[4])->handle(this); 
}
 
/*** @brief 状态装换函数，当需要切换状态的时候，只需要调用此函数* @param stateId ：每一个状态都有一个相应的ID，定义在StateDefine的头文件中*/void StateMachine::changeState(int stateId) 
{

 
if( stateId == m_currentState ){cout<<"curent state is "<<stateId<<"doesn't transfrom state"<<endl;return;}else{int temp = m_lastState;m_lastState = m_currentState;m_currentState = stateId;std::map<int,State*>::iterator it = m_stateManager.find(stateId);if( it != m_stateManager.end() ){if( !(it->second)->handle(this)){m_currentState = m_lastState;m_lastState = temp;}}} 
}
 
/*** @brief 获得上次的状态* @return 返回状态ID*/int StateMachine::getLastState() 
{

 
return m_lastState; 
}
 
/*** @brief 获得当前的状态* @return 返回状态ID*/int StateMachine::getState() 
{

 
return m_currentState; 
}
 然后是每一个状态的类： 
/************************************************************************Des: 下落的状态/************************************************************************/#include "downstate.h"#include "StateDefine.h"#include "statemachine.h"using namespace std;DownState::DownState() 
{

 
}
 
DownState::~DownState() 
{

 
cout<<"destructor downstate"<<endl; 
}
 
/*** @brief 处理相应的状态装换* @param 传入状态机* @return*/bool DownState::handle(StateMachine* p_machine) 
{

 
//判断上次的状态是否能正确切换到现在的状态if( (p_machine->getLastState() != CLOSE_STATE) || (p_machine->getLastState() != STOP_STATE)){if(p_machine->getLastState() != CLOSE_STATE)cout<<"the lift must be close!"<<endl;elsecout<<"the lift must be stoped"<<endl;return false;}cout<<"the lift is downing "<<endl;return true; 
}
 
/************************************************************************Des:关闭的状态/************************************************************************/#include "closestate.h"#include "StateDefine.h"#include "statemachine.h"using namespace std;CloseState::CloseState() 
{

 
}
 
CloseState::~CloseState() 
{

 
cout<<"destructor closestate"<<endl; 
}
 
bool CloseState::handle(StateMachine* p_machine) 
{

 
if( (p_machine->getLastState() != OPEN_STATE)){cout<<"the lift must be closed!"<<endl;return false;}cout<<"the lift is closing "<<endl;return true; 
}
 
/*************************************************************************     Des: 开启的状态/************************************************************************/#include "openstate.h"#include "StateDefine.h"#include "statemachine.h"using namespace std;OpenState::OpenState() 
{

 
}
 
OpenState::~OpenState() 
{

 
}
 
bool OpenState::handle(StateMachine* p_machine) 
{

 
if( p_machine->getLastState() != STOP_STATE ){cout<<"the lift must be stop!"<<endl;return false;}cout<<"the lift is opening"<<endl;return true; 
}
 
/*************************************************************************     Des: 停止的状态/************************************************************************/#include "stopstate.h"#include "statemachine.h"#include "StateDefine.h"using namespace std;StopState::StopState() 
{

 
}
 
StopState::~StopState() 
{

 
}
 
bool StopState::handle(StateMachine* p_machine) 
{

 
if(p_machine->getLastState() == p_machine->getState()){cout<<"the lift is stop "<<endl;return true;}if( p_machine->getLastState() == STOP_STATE ){cout<<"the lift have already be stopping!"<<endl;return false;}cout<<"the lift is stop "<<endl;return true; 
}
 
/*************************************************************************   Des: 上升的状态/************************************************************************/#include "upstate.h"#include "StateDefine.h"#include "statemachine.h"using namespace std;UpState::UpState() 
{

 
}
 
UpState::~UpState() 
{

 
cout<<"destrucotor update"<<endl; 
}
 
bool UpState::handle(StateMachine* p_machine) 
{

 
if( p_machine->getLastState() != CLOSE_STATE ){cout<<"the lift must be close!"<<endl;return false;}cout<<"the lift is uping"<<endl;return true; 
}
 下面是公共的头文件，定义了每一个状态对应的枚举值，方便管理 
/*************************************************************************  Des: 定义一个枚举，每一个状态对于一个值/************************************************************************/#ifndef STATEDEFINE_H#define STATEDEFINE_Henum{CLOSE_STATE,OPEN_STATE,UP_STATE,DOWN_STATE,STOP_STATE, 
};
 
#endif // STATEDEFINE_H 
下面是每一个状态的父类，使用了虚函数，使得对外的切换状态的接口是统一的
 
/*************************************************************************  Des: 每一个状态的父类，定义了虚函数（handle），每一个状态都实现了这个函数，*       实现状态的切换具体实现，多态的体现/************************************************************************/#ifndef STATE_H#define STATE_Hclass StateMachine;class State 
{

 
public:State();virtual ~State();virtual bool handle(StateMachine* p_machine) = 0; 
};
 
#endif // STATE_H 使用次状态模式的具体类： 
/*************************************************************************   Des: 电梯的具体类，负责实现电梯的具体逻辑/************************************************************************/#include "lift.h"#include <iostream>#include "StateDefine.h"using namespace std;Lift::Lift() 
{

 
}
 
Lift::~Lift() 
{

 
delete this->m_stateMachine;this->m_stateMachine = nullptr; 
}
 
/*** @brief 电梯的初始化，使用按键模拟电梯的行为*/void Lift::init() 
{

 
this->m_stateMachine = new StateMachine();this->m_stateMachine->init();while (true) {cout<<"enter the value"<<endl;char str[8] = {0};cin>>str;if( !strcmp(str,"c")){this->m_stateMachine->changeState(CLOSE_STATE);}else if( !strcmp(str,"o")){this->m_stateMachine->changeState(OPEN_STATE);}else if( !strcmp(str,"u")){this->m_stateMachine->changeState(UP_STATE);}else if( !strcmp(str,"d")){this->m_stateMachine->changeState(DOWN_STATE);}else if( !strcmp(str,"s")){this->m_stateMachine->changeState(STOP_STATE);}} 
}
 使用状态模式确实使得使用避免过度的使用了IF ELSE 或者是Switch case，也使得整个的逻辑变得清晰可见。初探状态模式，还有些不足，以后改进！！（_~ ~_）

 

   [cpp] 
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1. <pre style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px;">