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C語言最優狀態機規范，c語言最優規范

編輯：C++入門知識

C語言最優狀態機規范，c語言最優規范

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前言

近來思緒有點停不下來，構思了一個GUI的框架（用在Cotex-M平台上，很小），期待以後有時間去實現，裡面有一個對觸摸屏的檢測，自然想到使用狀態機進行消息的生成和分發，於是想著實現一個狀態機實現的模型，以後再其他項目上應用也方便。
狀態機的好處不用多說，自己百度去，但傳統的編程模式，無論是C語言，或是硬件FPGA的Verilog都是采用switch-case結構，硬件的還好說，是並行的，但如果是C語言實現狀態機則可能需要對每個case進行判斷，狀態少比如幾個可能沒什麼效率之類的問題，但狀態多幾十個上百個呢，那麼就需要進行上百次的判斷是否匹配，毫無疑問效率很低，切每次的狀態切換時間也不確定。那麼有沒有一種好的實現模式不用switch-case結構呢？下面我來為C語言狀態機的實現建立一個最優規范。

實現

前面說了一堆裝bi的廢話，下面進入正題，前段時間研究了下函數式編程，發現C語言的循環結構完全可以用尾遞歸（不懂百度）實現，最後C就只剩下唯有if和switch還不能用函數式編程實現，而今天要講的狀態機模式就是用函數式編程實現switch-case，那麼switch-case其實可以看做一種查找的跳轉，我們知道C語言中goto可以實現跳轉，那麼還有什麼可以實現跳轉呢，答案是函數調用，但是又需要如何實現指定的函數調用呢，難道要用if判斷，顯然沒什麼意義，那麼又沒有比if判斷（如果上百次判斷）更高效的東西呢？有人已經想到是查表，如果將查表和函數調用結合，那麼就是函數指針數組的應用了！

上代碼！首先定義一個函數指針類型，為什麼要帶void *的參數後面會說：

typedef unsigned char State;
typedef State(*Procedure)(void *);

這樣就可以方便地定義一個函數指針數組：

Procedure Steps[] = { step_init, step_count, step_done, step_default };

step_init，step_count等是函數名，再定義狀態：

enum states{ s_init, s_count, s_done, s_default };

枚舉定義對應著{0,1,2,3}，有了這些再狀態機聯系那麼可以想到，數組的索引就是狀態定義，上核心代碼，兩行（簡單吧！關鍵是想到）：

void BestStateMachine(void * invar)
{
    static State NS = s_init; //定義下一狀態
    NS = Steps[NS](invar);
}

static的變量NS在每次BestStateMachine調用會得到維護，我們只需再每Steps返回下一個狀態並保存到NS中可以實現狀態的保存和切換。再說說為什麼要加個void*的參數，狀態機一般有很多自身變量的維護，而且對於mealy狀態機還需根據輸入判斷，因為函數調用返回是不保留局部變量的，那麼就需要將變量傳遞來實現更改和保存，之所以只用了一個void*參數是因為，如果需要保存和傳遞的變量很多，直接傳遞會在調用函數是浪費大量的棧空間，且效率低下，采用這種模式，你可以將變量用一個結構體封裝，然後將結構體指針傳遞給void *的形參，再函數內部再強制轉換即可使用結構體內部的變量。現在你已經在嘀咕這作者真啰嗦，好上實例代碼，就是一個簡單的計數器（以前學狀態機都從計數器開始），在計數完成打印信息：

#include<stdio.h>
typedef unsigned char State;
typedef State(*Procedure)(void *);
enum states{ s_init, s_count, s_done, s_default };//狀態定義
typedef struct _SM_VAR  //對狀態機參數封裝
{
    int cnt;
}SM_VAR;
State step_init(void * arg)//初始化
{
    SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
    p->cnt = 0;
    printf("CS:init ;cnt=%d;NS:count\n", p->cnt);
    return s_count;
}
State step_count(void * arg)//計數
{
    SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
    if (p->cnt < 3){
        p->cnt+=1;
        printf("CS:count;cnt=%d;NS:count\n", p->cnt);
        return s_count;
    }
    else{
        printf("CS:count;cnt=%d;NS:done\n", p->cnt);
        return s_done;
    }
}
State step_done(void * arg)//計數完成
{
    SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
    printf("CS:done ;cnt=%d;NS:init\n", p->cnt);
    return s_init;
}
State step_default(void * arg)//錯誤過程
{
    SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
    printf("Wrong State\n");
    return s_init;
}
Procedure Steps[] = { step_init, step_count, step_done, step_default };

void BestStateMachine(void * invar)
{
    static State NS = s_init; //定義下一狀態
    NS = Steps[NS](invar);
}
int main(void)
{
    SM_VAR var;
    int i;
    for (i = 0; i <8; i++){//給狀態機8個周期的時鐘驅動
        BestStateMachine(&var);
    }
    return 0;
}

最後在VS2013上調試如下：

CS:init ;cnt=0;NS:count
CS:count;cnt=1;NS:count
CS:count;cnt=2;NS:count
CS:count;cnt=3;NS:count
CS:count;cnt=3;NS:done
CS:done ;cnt=3;NS:init
CS:init ;cnt=0;NS:count
CS:count;cnt=1;NS:count
請按任意鍵繼續. . .