用C语言实现有限状态自动机FSM
摘要：状态机模式是一种行为模式，在《设计模式》这本书中对其有详细的描述，通过多态实现不同状态的调转行为的确是一种很好的方法，只可惜在嵌入式环境下，有时只能写纯C代码，并且还需要考虑代码的重入和多任务请求跳转等情形，因此实现起来着实需要一番考虑。本文主要为你实现一个简单的有限状态机，没有考虑代码的重入和多任务跳转，为以后复杂的状态机实现，打下基础。
本文来源：用C语言实现有限状态自动机FSM
一、状态机实现的要素
首先，分析一下一个普通的状态机究竟要实现哪些内容。
状态机存储从开始时刻到现在的变化，并根据当前输入，决定下一个状态。这意味着，状态机要存储状态、获得输入（我们把它叫做跳转条件）、做出响应。
如上图所示，{s1, s2, s3}均为状态，箭头c1/a1表示在s1状态、输入为c1时，跳转到s2，并进行a1操作。
最下方为一组输入，状态机应做出如下反应：
| 当前状态 | 输入 | 下一个状态 | 动作 |
| s1 | c1 | s2 | a1 |
| s2 | c2 | s3 | a2 |
| s3 | c1 | s2 | a3 |
| s2 | c2 | s3 | a2 |
| s3 | c1 | s2 | a3 |
| s2 | c1 | s_trap | a_trap |
| s_trap | c1 | s_trap | a_trap |
当某个状态遇到不能识别的输入时，就默认进入陷阱状态，在陷阱状态中，不论遇到怎样的输入都不能跳出。
为了表达上面这个自动机，我们定义它们的状态和输入类型：
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typedef int s tate;
typedef int c ondition;
#define STATES 4
#define STATE1 0
#define STATE2 1
#define STATE3 2
#define STATETRAP 3
#define CONDITIONS 2
#define CONDITION1 0
#define CONDITION2 1
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总结一下，我们需要定义的有状态、输入、行为（动作+下一个状态），其中，行为的个数是“状态数*输入数量”（其中有一些是重复的）；其中动作一般来说可以用一个函数指针来实现。
二、具体设计
在嵌入式环境中，由于存储空间比较小，因此把它们全部定义成宏。此外，为了降低执行时间的不确定性，我们使用O(1)的跳转表来模拟状态的跳转。
首先定义跳转类型：
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typedef void (*actiontype)(state mystate, condition condition);
typedef struct
{
state next;
actiontype action;
} trasition, * ptrasition;
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然后按照上图中的跳转关系，把三个跳转加一个陷阱跳转先定义出来：
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// (s1, c1, s2, a1)
trasition t1 = {
STATE2,
action1
};
// (s2, c2, s3, a2)
trasition t2 = {
STATE3,
action2
};
// (s3, c1, s2, a3)
trasition t3 = {
STATE2,
action3
};
// (s, c, trap, a1)
trasition tt = {
STATETRAP,
actiontrap
};
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其中的动作，由用户自己完成，在这里仅定义一条输出语句。
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void action1(State state, Condition condition)
{
printf ( "Action 1 triggered.\n" );
}
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最后定义跳转表：
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ptrasition transition_table[STATES][CONDITIONS] = {
/* c1, c2*/
/* s1 */ &t1, &tt,
/* s2 */ &tt, &t2,
/* s3 */ &t3, &tt,
/* st */ &tt, &tt,
};
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即可表达上文中的跳转关系。
最后定义状态机，如果不考虑多任务请求，那么状态机仅需要存储当前状态便行了。例如：
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typedef struct
{
State current;
} StateMachine, * pStateMachine;
State step(pStateMachine machine, Condition condition)
{
pTrasition t = transition_table[machine->current][condition];
(*(t->action))(machine->current, condition);
machine->current = t->next;
return machine->current;
}
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总结：我们现在设计实现好了一个状态机，然后要给这个状态机特定的输入，看看状态机的运转情况，以上面图中的那个状态机为例，我们输入的序列是0和1分别代表c1和C2，然后状态s1，s2分别对应0，1.用程序实现这个内容如下
三、程序实现
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
typedef int state;
typedef int condition;#define STATENUM 4
#define STATE1 0
#define STATE2 1
#define STATE3 2
#define STATETRAP 3#define CONDITIONS 2
#define CONDITION1 0
#define CONDITION2 1typedef void (* actiontype)(state mystate,condition mycondition);
typedef struct{state next;actiontype action;
}trasition, *ptrasition;void action1(state mystate,condition myconditon);
void action2(state mystate,condition myconditon);
void action3(state mystate,condition myconditon);
void actiontrap(state mystate,condition myconditon);
trasition t1={STATE2,action1
};
trasition t2={STATE3,action2
};
trasition t3={STATE2,action3
};
trasition tt={STATETRAP,actiontrap
};void action1(state mystate,condition myconditon){printf("action1 one triggered\n");
}
void action2(state mystate,condition myconditon){printf("action2 one triggered\n");
}
void action3(state mystate,condition myconditon){printf("action3 one triggered\n");
}
void actiontrap(state mystate,condition myconditon){printf("actiontrap one triggered\n");
}ptrasition transition_table[STATENUM][CONDITIONS] = {
/* c1, c2*/
/* s1 */&t1, &tt,
/* s2 */&tt, &t2,
/* s3 */&t3, &tt,
/* st */&tt, &tt,
};
typedef struct
{state current;
} StateMachine, * pStateMachine;state step(pStateMachine machine, condition mycondition)
{ptrasition t = transition_table[machine->current][mycondition];(*(t->action))(machine->current, mycondition);machine->current = t->next;printf("the current state is %d\n",t->next );return machine->current;
}
int main(int argc, char *argv[])
{StateMachine mymachine;mymachine.current=STATE1;int mycon;char ch;while(1){scanf("%d",&mycon); step(&mymachine,mycon);}return 0;
}
程序输入与输出结果示例：
【1】 嵌入式设计模式：有限状态自动机的C语言实现 http://www.cnblogs.com/autosar/archive/2012/06/22/2558604.html
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