关于FSM的C语言实现与详解

最近一个项目有一个需求，考量了一下决定使用状态机，实现完需求以后，不得不感慨，状态机在处理逻辑上面实现起来很有优势，也便于管理。

在这里分享一下我所修改的状态机实现。改动的地方不多，参考了《C语言最优状态机规范 - 投机者》

和原作者的实现一样，状态机的跳转通过函数指针实现，将有关的状态函数实现入口放进一个数组，为了方便维护，数组的下标采取枚举型变量对应。

只要枚举变量中的下标顺序和函数指针数组对应，状态函数中返回下一次的状态，在主体函数中读取到上一次的状态，就可以完成状态机了。

为了方便控制和外部调用，我引入了一个专门记录状态的数据域（st），存放了当前的状态和下一个状态，还引出了一个能够重置状态机状态的接口；

以下是我的实现，使用的时候最简单的方法便是修改头文件中的step_*函数，以及Steps数组与states。高级一点可以将后2者引出，通过外部传参的方式实现。

/*
# File    :   fsm.h
# Author  :   toujizhe,         schips
# Git     :   https://gitee.com/schips/
# Ref     :   https://www.cnblogs.com/toujizhe/articles/5473489.html
# Date    :   2016-05-09 12:20, 2019-05-20 13:14:52  
# Describe:     
              一个可以复位到状态机，根据ref的源码进行改善
              理论上可以设置状态机为任何状态，
              但是现在只提供重置为初始化状态的接口。
*/
#ifndef __FSM_H_
#define __FSM_H_
/* ----------------------- Defines ------------------------------------------*/
// 数据类型定义区
typedef unsigned char State;
typedef State(*Procedure)(void *);
typedef struct _SM_STATE {
    State cs;       // 当前状态
    State ns;       // 下个状态
} SM_STATE;

typedef struct _SM_VALUE {
    // 自定义数据结构
    int cnt;
} SM_VALUE;

// 状态机参数
typedef struct _SM_VAR {
    // 现在的状态以及下个状态
    SM_STATE st;

    // 状态机数据区域
    SM_VALUE var;
} SM_ARG;

/* ----------------------- Static functions ---------------------------------*/

static inline void SetNextState(void*arg, State st);
static inline void EmyptData(void *arg);
static inline State step_init(void * arg);
static inline State step_count(void * arg);//计数
static inline State step_done(void * arg);//计数完成
static inline State step_default(void * arg);//错误过程

//状态定义(这里的顺序要求与 Steps[] 一致)
enum states{ s_init, s_count, s_done, s_default};
// 函数指针 （相当于函数入口）
static Procedure Steps[] = { step_init, step_count, step_done, step_default };


/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
static inline void SetNextState(void*arg, State st)
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;
    p->st.ns = st;
}

static inline void EmyptData(void *arg)
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;
    p->var.cnt = 0;
}

//初始化
static inline State step_init(void * arg)
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;

    // 状态处理
    SetNextState(arg, s_count);

    // 数据处理
    EmyptData(arg);

    return p->st.ns;
}

// 正常工作状态
static inline State step_count(void * arg)//计数
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;
    if (p->var.cnt < 3)
    {
        p->var.cnt ++;
        SetNextState(arg, s_count);
    }
    else
    {
        SetNextState(arg, s_done);
    }

    return p->st.ns;
}

// 任务完成
static inline State step_done(void * arg)//计数完成
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;

    // 驻留
    SetNextState(arg, s_done);
    // 可以根据需要让其跳转到 s_init 
    return p->st.ns;
}

static inline State step_default(void * arg)//错误过程
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;
    SetNextState(arg, s_done);
    return p->st.ns;
}


// 复位到初始情况
static inline void ResetStateMachine(void *arg)
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;
    p->st.ns = s_init;
}

static inline void InitStateMachine(void *arg)
{
    ResetStateMachine(arg);
    EmyptData(arg);
}

static inline int BestStateMachine(void *arg)
{
    SM_ARG *p = (SM_ARG *)arg;

    // 记录当前状态
    p->st.cs = p->st.ns;

    // 根据现在情况得到下一个阶段到状态
    p->st.ns = Steps[p->st.cs](arg);
    
    // 返回当前状态（可根据需要修改）
    return p->st.cs;
}

#endif /* __FSM_H_ */

使用范例。

/*
# File    :   fsm_demo.c
# Author  :   SCHIPS
# Mail    :   [email protected]
# Git     :   https://gitee.com/schips/
# Date    :   Mon, May 50, 2019  13:14:52 PM  ♡
*/

#include "fsm.h"
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int ret = 0;

    SM_ARG var;
    InitStateMachine(&var);
    while(1)
    {
        printf("cs = %d, ns = %d\n",var.st.cs,var.st.ns);

        BestStateMachine(&var);

        // 停止条件
        if(var.st.cs == s_done)
        {
            ResetStateMachine(&var);
            //break;
        }
        ret++;
        if(ret >10)
        {
            break;
        }
    }
    return 0;
}

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