還在敲代碼? 來看看如何自動生成

switch (state)  { // 處理狀態(tài)Opened的分支 case (Opened): { // 執(zhí)行動作Open open(); // 檢查是否有激發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件產(chǎn)生 if (checkStateChange()) { // 對狀態(tài)機的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換 performStateChange();
    } break;
  } // 處理狀態(tài)Closed的分支 case (Closed): { // 執(zhí)行動作Close close(); // 檢查是否有激發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件產(chǎn)生 if (checkStateChange()) { // 對狀態(tài)機的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換 performStateChange();
    } break;
  } // 處理狀態(tài)Locked的分支 case (Locked): { // 執(zhí)行動作Lock lock(); // 檢查是否有激發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件產(chǎn)生 if (checkStateChange()) { // 對狀態(tài)機的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換 performStateChange();
    } break;
  } // 處理狀態(tài)Unlocked的分支 case (Unlocked): { // 執(zhí)行動作Lock unlock(); // 檢查是否有激發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件產(chǎn)生 if (checkStateChange()) { // 對狀態(tài)機的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換 performStateChange();
    } break;
  }
}

但checkStateChange()和performStateChange()這兩個函數(shù)本身依然會在面對很復雜的狀態(tài)機時，內(nèi)部邏輯變得異常臃腫，甚至可能是難以實現(xiàn)。

在很長一段時期內(nèi)，使用switch語句一直是實現(xiàn)有限狀態(tài)機的唯一方法，甚至像編譯器這樣復雜的軟件系統(tǒng)，大部分也都直接采用這種實現(xiàn)方式。但之后隨著狀態(tài)機應用的逐漸深入，構造出來的狀態(tài)機越來越復雜，這種方法也開始面臨各種嚴峻的考驗，其中最令人頭痛的是如果狀態(tài)機中的狀態(tài)非常多，或者狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關系異常復雜，那么簡單地使用switch語句構造出來的狀態(tài)機將是不可維護的。

三、自動生成狀態(tài)機

為實用的軟件系統(tǒng)編寫狀態(tài)機并不是一件十分輕松的事情，特別是當狀態(tài)機本身比較復雜的時候尤其如此，許多有過類似經(jīng)歷的程序員往往將其形容為"毫無創(chuàng)意"的過程，因為他們需要將大量的時間與精力傾注在如何管理好狀態(tài)機中的各種狀態(tài)上，而不是程序本身的運行邏輯。作為一種通用的軟件設計模式，各種軟件系統(tǒng)的狀態(tài)機之間肯定會或多或少地存在著一些共性，因此人們開始嘗試開發(fā)一些工具來自動生成有限狀態(tài)機的框架代碼，而在Linux下就有一個挺不錯的選擇──FSME（Finite State Machine Editor）。

FSME是一個基于Qt的有限狀態(tài)機工具，它能夠讓用戶通過圖形化的方式來對程序中所需要的狀態(tài)機進行建模，并且還能夠自動生成用C++或者Python實現(xiàn)的狀態(tài)機框架代碼。下面就以城門的狀態(tài)機為例，來介紹如何利用FSME來自動生成程序中所需要的狀態(tài)機代碼。

3.1狀態(tài)機建模

首先運行fsme命令來啟動狀態(tài)機編輯器，然后單擊工具欄上的"New"按鈕來創(chuàng)建一個新的狀態(tài)機。FSME中用于構建狀態(tài)機的基本元素一共有五種：事件（Event）、輸入（Input）、輸出（Output）、狀態(tài)（State）和轉(zhuǎn)換（Transition），在界面左邊的樹形列表中可以找到其中的四種。

• 狀態(tài)建模

在FSME界面左邊的樹形列表中選擇"States"項，然后按下鍵盤上的Insert鍵來插入一個新的狀態(tài)，接著在右下方的"Name"文本框中輸入狀態(tài)的名稱，再在右上方的繪圖區(qū)域單擊該狀態(tài)所要放置的位置，一個新的狀態(tài)就創(chuàng)建好了。用同樣的辦法可以添加狀態(tài)機所需要的所有狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 狀態(tài)建模

• 事件建模

在FSME界面左邊的樹形列表中選擇"Events"項，然后按下鍵盤上的Insert鍵來添加一個新的事件，接著在右下方的"Name"文本框中輸入事件的名稱，再單擊"Apply"按鈕，一個新的事件就創(chuàng)建好了。用同樣的辦法可以添加狀態(tài)機所需要的所有事件。

• 轉(zhuǎn)換建模

狀態(tài)轉(zhuǎn)換是整個建模過程中最重要的一個部分，它用來定義有限狀態(tài)機中的一個狀態(tài)是如何切換到另一個狀態(tài)的。例如，當用來控制城門的狀態(tài)機處于Opened狀態(tài)時，如果此時有Close事件產(chǎn)生，那么狀態(tài)機的當前狀態(tài)將切換到Closed狀態(tài)，這樣一個完整的過程在狀態(tài)機模型中可以用closeDoor這樣一個轉(zhuǎn)換來進行描述。

要在FSME中添加這樣一個轉(zhuǎn)換，首先需要在界面左邊的樹形列表中選擇"States"下的"Opened"項，然后按下鍵盤上的Insert鍵來添加一個新的轉(zhuǎn)換，接著在右下角的"Name"文本框中輸入轉(zhuǎn)換的名字"closeDoor"，在"Condition"文本框中輸入"Close"表明觸發(fā)該轉(zhuǎn)換的條件是事件Close的產(chǎn)生，在"Target"下拉框中選擇"Closed"項表明該轉(zhuǎn)換發(fā)生后狀態(tài)機將被切換到Closed狀態(tài)，最后再單擊"Apply"按鈕，一個新的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關系就定義好了。用同樣的辦法可以添加狀態(tài)機所需要的所有轉(zhuǎn)換。

3.2 生成狀態(tài)機框架

使用FSME不僅能夠進行可視化的狀態(tài)機建模，更重要的是它還可以根據(jù)得到的模型自動生成用C++或者Python實現(xiàn)的狀態(tài)機框架。首先在FSME界面左邊的樹形列表中選擇"Root"項，然后在右下角的"Name"文本框中輸入狀態(tài)機的名字"DoorFSM"，再從"Initial State"下拉列表中選擇狀態(tài)"Opened"作為狀態(tài)機的初始化狀態(tài)。

[xiaowp@linuxgam code]$ fsmc door.fsm -d -o DoorFSM.h

[xiaowp@linuxgam code]$ fsmc door.fsm -d -impl DoorFSM.h -o DoorFSM.cpp

/*
 * TestFSM.cpp
 * 測試生成的狀態(tài)機框架
 */ #include "DoorFSM.h" int main() {
  DoorFSM door;
  door.A(DoorFSM::Close);
  door.A(DoorFSM::Lock);
  door.A(DoorFSM::Unlock);
  door.A(DoorFSM::Open);
}

[xiaowp@linuxgam code]$ g++ DoorFSM.cpp TestFSM.cpp -o fsm

[xiaowp@linuxgam code]$ ./fsm
DoorFSM:event:'Close' DoorFSM:state:'Opened' DoorFSM:transition:'closeDoor' DoorFSM:new state:'Closed' DoorFSM:event:'Lock' DoorFSM:state:'Closed' DoorFSM:transition:'lockDoor' DoorFSM:new state:'Locked' DoorFSM:event:'Unlock' DoorFSM:state:'Locked' DoorFSM:transition:'unlockDoor' DoorFSM:new state:'Unlocked' DoorFSM:event:'Open' DoorFSM:state:'Unlocked' DoorFSM:transition:'openDoor' DoorFSM:new state:'Opened' 

[xiaowp@linuxgam code]$ fsmc door.fsm -o DoorFSM.h
[xiaowp@linuxgam code]$ fsmc door.fsm -d -impl DoorFSM.h -o DoorFSM.cpp

virtual void enterOpened() = 0; virtual void enterLocked() = 0; virtual void enterUnlocked() = 0; virtual void enterClosed() = 0;

/*
 * DoorFSMLogic.h
 * 狀態(tài)機控制邏輯的頭文件
 */ #include "DoorFSM.h" class DoorFSMLogic : public DoorFSM
{ protected: virtual void enterOpened(); virtual void enterLocked(); virtual void enterUnlocked(); virtual void enterClosed();
};

/*
 * DoorFSMLogic.cpp
 * 狀態(tài)機控制邏輯的實現(xiàn)文件
 */ #include "DoorFSMLogic.h" #include  void DoorFSMLogic::enterOpened()
{ std::cout << "Enter Opened state." << std::endl;
} void DoorFSMLogic::enterClosed()
{ std::cout << "Enter Closed state." << std::endl;
} void DoorFSMLogic::enterLocked()
{ std::cout << "Enter Locked state." << std::endl;
} void DoorFSMLogic::enterUnlocked()
{ std::cout << "Enter Unlocked state." << std::endl;
}

/*
 * TestFSM.cpp
 * 測試狀態(tài)機邏輯
 */ #include "DoorFSMLogic.h" int main() {
  DoorFSMLogic door;
  door.A(DoorFSM::Close);
  door.A(DoorFSM::Lock);
  door.A(DoorFSM::Unlock);
  door.A(DoorFSM::Open);
}

[xiaowp@linuxgam code]$ g++ DoorFSM.cpp DoorFSMLogic.cpp TestLogic.cpp -o logic

[xiaowp@linuxgam code]$ ./logic
Enter Closed state.
Enter Locked state.
Enter Unlocked state.
Enter Opened state.