这个编程技巧别说我没告诉你
来源：公众号【编程珠玑】
作者：守望先生
ID：shouwangxiansheng
前言
有读者在后台留言说用c写一篇有限状态机的推文，正好之前也用过，就分享一下吧。
背景
先举一个简单的例子，假设是这样的，一个小孩有两种状态，睡眠，清醒。睡的时候可能会撒尿，微笑，撒尿之后会转为清醒状态，而清醒的时候可能会笑，会吃，吃完之后会转会睡眠状态
用C语言实现，一般写法可能是这样的：
//来源：公众号【编程珠玑】
enum KID_STATUS
{
SLEEP = 0,
WAKE = 1,
INVALID = 2
};
enum KID_ACTION
{
SMILE = 0,
EAT = 1,
PEE = 2
};
/*孩子当前状态*/
static int nowStatus = WAKE;
/*孩子行为*/
int smile(int status)
{
printf("kid smile\n");
return status;
}
int eat(int status)
{
printf("kid eat\n");
return SLEEP;
}
int pee(int status)
{
printf("kid pee\n");
return WAKE;
}
/*孩子产生某个行为*/
void execute(int action)
{
int nextStatus;
/*醒着时的行为*/
if(WAKE == nowStatus)
{
switch(action)
{
case SMILE:
{
nextStatus = smile(nowStatus);
break;
}
case EAT:
{
nextStatus = eat(nowStatus);
break;
}
case PEE:
{
nextStatus = pee(nowStatus);
break;
}
default:
printf("unknow action when wake %d\n",action);
nextStatus = nowStatus;
break;
}
}
/*睡着时的行为*/
else if(SLEEP == nowStatus)
{
switch(action)
{
case SMILE:
{
nextStatus = smile(nowStatus);
break;
}
casePEE:
{
nextStatus = pee(nowStatus);
break;
}
default:
printf("unknow action when sleep %d\n",action);
nextStatus = nowStatus;
break;
}
}
else
{
printf("unknow action\n");
}
nowStatus = nextStatus;
printf("next status is %d\n",nowStatus);
}
int main(void)
{
nowStatus = SLEEP;
execute(EAT);
return 0;
}
这段代码的意图就非常明显了，首先判断当前所在状态， 然后找到其中的行为，最后执行。
但是这段代码有以下几个特点：
新加一种行为需要修改execute函数
新加一种行为需要增加更多分支代码
新加一种状态，需要新增一个大的分支
哪些状态有哪些行为不是很明显
换一种写法
在《高级指针话题-函数指针》中介绍了函数指针，以及在《编程技巧-跳转表》介绍了函数跳转表。这里我们把代码调整一下，看看结合跳转表和状态机，能写出什么样的代码。
//来源：公众号【编程珠玑】地址：https://www.yanbinghu.com
/*省略枚举定义和函数定义，与前面相同*/
typedef int (*Handler)(int);//函数指针
/*用于处理某种状态的行为*/
typedef struct Act_Handler
{
int action;
Handler handler;
}Act_Handler;
/*某种状态的处理集*/
typedef struct Stat_Handler
{
int status;
int actNum;
Act_Handler *actHandler;
}Stat_Handler;
/*sleep状态行为处理*/
Act_Handler sleepHandler[] =
{
{SMILE,smile},
{PEE,pee}
};
/*wake状态行为处理*/
Act_Handler weakHandler[] =
{
{SMILE,smile},
{PEE,pee},
{EAT,eat}
};
/*状态处理*/
static Stat_Handler statHandler[] =
{
{SLEEP,sizeof(sleepHandler)/sizeof(Act_Handler),sleepHandler},
{WAKE,sizeof(weakHandler)/sizeof(Act_Handler),weakHandler},
};
static int statSize = sizeof(statHandler)/ sizeof(Stat_Handler);
void execute(int action)
{
if(nowStatus >= statSize)
{
printf("unknow status\n");
return;
}
printf("now status is %d,action %d\n",nowStatus,action);
int nextStatus = nowStatus;
Act_Handler *actHandler = statHandler[nowStatus].actHandler;
int actNum = statHandler[nowStatus].actNum;
int actIdx = 0;
/*遍历指定状态下的行为集，找到对应的行为*/
for(actIdx = 0;actIdx < actNum;actIdx++)
{
if(actHandler[actIdx].action == action)
{
nextStatus = (actHandler[actIdx].handler)(action);
break;
}
}
if(actIdx == actNum)
{
printf("did find action %d in status %d\n",action,nowStatus);
}
nowStatus = nextStatus;
printf("next status is %d\n",nowStatus);
}
int main(void)
{
nowStatus = WAKE;
execute(EAT);
return 0;
}
这里简单说明一下execute函数中的执行流程。
判断当前状态合法性
在数组中找到对应状态的行为处理集
在处理集中找到对应的行为
处理结束
这种方式有什么特点呢？可以看到，在需要新加一个动作的时候，只需要在sleepHandler或者weakHandler中添加，完全不影响execute函数的改动。你甚至可以将不同状态分在不同的文件中管理，使得结构更加清晰明朗。
另外一方面，某种状态下，能执行哪些动作，非常清晰。
不过这样的写法对于初学者来说不太友好，但是不影响你添加新的内容。
有的读者可能会堪虑，在寻找行为的时候，for循环会不会很慢？首先这和case差别不大，通常不会有性能问题，其次除了使用数组，还可以考虑其他数据结构，例如哈希，我在《工作中用不到算法，为什么还要学算法？》中也提到了，数据结构和算法能更好地帮我们解决问题。
总结
本文代码较多，建议在实际环境中运行调试。完整可运行代码也可以阅读原文。
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