使用C++實現一套簡單的狀態機模型——原理解析
在上一文中，我們介紹了該狀態機模型的使用方法。通過例子，我們發現可以使用該模型快速構建滿足基本業務需求的狀態機。本文我們將解析該模型的基礎代碼，以便大家可以根據自己狀態機特點進行修改。（轉載請指明出於breaksoftware的csdn博客）
該模板庫的基礎方法實現在之後給出的工程的AutoStateChart.h中，該文件一共215行，其中有16行是輔助調試代碼。以上一文中狀態機類為例：
class CMachine_Download_Run_App :
public AutoStateChart::CAutoStateChartMachine CMachine_Download_Run_App類繼承於模板類CAutoStateChartMachine，該模板類有兩個參數：繼承類自身和CStoreofMachine。CStoreofMachine類顧名思義，其是狀態機中用於存儲數據的類。為什麼要設計這樣的類？因為在我們的狀態機模型中，每個基礎狀態都是割裂的。這樣設計的一個好處便是我們可以讓每個基礎狀態的邏輯代碼獨立，和其他模塊沒有任何耦合。當我們要刪除某個狀態時，我們只要將它從狀態機的跳轉聲明中摘除即可。當我們要新增某個狀態時，我們也只要在狀態機跳轉中做相應聲明即可。但是往往優點也伴隨著缺點：它使得每個基礎狀態類的數據交互產生了障礙。特別是沒有上下文關系的基礎狀態，跳躍性的傳遞信息將變得非常困難。於是我們就需要一個存活於整個狀態機聲明周期的“數據庫”，它可以被每個基礎狀態類訪問和修改。於是CStoreofMachine就應運而生。因為該類比較獨立，所以我們先從該類開始解析。首先我們看下該類的聲明：
#pragma once
#include "AutoStateChart.h"
#define PROPERTY(type,name) \
public: \
void Set##name(const type& n) { \
m_##name = n; \
} \
type Get##name() { \
return m_##name; \
} \
__declspec(property(get = Get##name, put = Set##name)) type Prop##name; \
private: \
type m_##name; \
class CStoreofMachine{
PROPERTY(std::string, ValueString);
PROPERTY(std::wstring, ValueWString);
PROPERTY(int, ValueInt);
}; 該類的寫法可能只適合於windows的vs平台，其他平台沒論證過。其實它的內容是非常簡單的，就是暴露成員變量的set和get方法。只是我覺得這種寫法比較有意思，才在這兒羅列下。
我們再看下該類在模板中的使用，我們先從最基礎的類開始解析
class CEmpytLocalStore{};
template
class CLocalStoreAccess{
public:
typedef boost::function< Store& () > func;
Store& GetStore(){return m_pFunc();};
void SetStore(func& pCallback){m_pFunc = pCallback;};
public:
func m_pFunc;
}; 我們先定義了一個空類——CEmptyLocalStore，它相當於一個默認的“數據庫”。當模板的使用者不需要“數據庫”時，就可以在模板中不聲明“數據庫”類，此時我們的CEmptyLocalStore就生效了。比如我們上例的狀態機可以改成：
class CMachine_Download_Run_App :
public AutoStateChart::CAutoStateChartMachine CLocalStoreAccess類主要提供如下作用：
設置訪問“數據庫”類對象的方法——SetStore 獲取“數據庫”類對象——GetStore
成員變量m_pFunc是一個函數指針，用於獲取“數據庫”類對象。該變量將由CLoaclStoreAccess繼承類設置，相當於CLocalStoreAccess暴露了設置訪問“數據庫”類對象的能力。而它並不保存“數據庫”類對象——它只提供“訪問”能力，而不提供“存儲”能力。
template
class CLocalStoreBase:
public boost::enable_shared_from_this>,
public CLocalStoreAccess {
public:
void Init(){ func pfunc = boost::bind(&CLocalStoreBase::_GetStore, shared_from_this()); SetStore(pfunc);};
private:
Store& _GetStore(){return m_Store;};
private:
Store m_Store;
};
CLoaclStoreBase類的私有成員變量m_Store就是“數據庫”類對象，即該類提供了“存儲”功能。它繼承於CLoaclStoreAccess類，使得該類具備了訪問數據庫的能力——雖然它的私有方法可以訪問“數據庫”類對象，但是我還是希望將這些能力分開。因為之後介紹的基礎狀態類要有“訪問”的能力，而不應該具備“存儲”的能力。如果不將這些能力進行拆分，將會導致層次結構混亂。
CLoaclStoreBase類的init方法，打通了和ClocalStoreAccess的關系——設置函數指針。
介紹完用於存儲上下文的模板類後，我們現在可以關注下狀態機相關的類了。我們先看上一文中一個基礎狀態類的例子
class CSimpleState_Download_From_A :
public AutoStateChart::CAutoStateChartBase CSimpleState_Download_From_A類繼承於CAutoStateChartBase模板類。第一個模板參數是繼承類自身，第二個是它所屬的狀態機，第三個是“數據庫”類。我們在看下CAutoStateChartBase類的聲明
template
class CAutoStateChartBase:
public boost::enable_shared_from_this>,
public CLocalStoreAccess
{
BOOST_TYPEOF_REGISTER_TYPE(T)
public:
std::string GetCurrentState(){ return typeid(T).name();};
bool IsCompositeStates(){return false;};
void SetInitState( const std::string& strState ){};
public:
virtual void Entry(){};
virtual std::string Exit(){return "";};
};
該模板類使用第一個模板參數類的類名作為其繼承類的狀態，並使用GetCurrentState方法提供獲取功能。比如上例中的狀態名為class CSimpleState_Download_From_A。這個模板類繼承於CLocalStoreAccess模板類，使得繼承類具有可以“訪問”第三個模板參數類——“數據庫”類的能力——不具備“存儲”能力。同時該類還暴露了兩個方法——Entry和Exit，他們分別用於在進出該狀態時，讓狀態機調用。
狀態和存儲類都介紹完了，我們就剩下調度狀態變化的狀態機類和復合狀態類。其實從某種程度上說，復合狀態是一種簡單的狀態機，它們在很多地方存在共性。我們從狀態機類入口，進行講解。首先看下上一文中的例子
class CMachine_Download_Run_App :
public AutoStateChart::CAutoStateChartMachine 狀態機類需要繼承於CAutoStateChartMachine模板類，該類聲明如下：
template
class CAutoStateChartMachine:
public boost::enable_shared_from_this>,
public CLocalStoreAccess
{
public:
typedef LocalStore SelfStore;
typedef T Self;
public:
CAutoStateChartMachine(){m_spStore.reset();};
virtual ~CAutoStateChartMachine(){};
private:
virtual bool Transition(){return false;};
public:
void StartMachine() {
if ( !m_spStore ) {
m_spStore = boost::make_shared>();
m_spStore->Init();
SetStore( m_spStore->m_pFunc );
}
while( Transition()){};
};
private:
void Init(){};
public:
bool IsCompositeStates(){return false;};
protected:
std::string m_strCurrentState;
std::string m_strCondition;
MapString m_MapCompositeStatesSubState;
boost::shared_ptr> m_spStore;
};
我們先看下這個類的成員變量。m_strCurrentState保存了狀態機在跳轉中的當前狀態，m_strCondition保存了狀態機中當前狀態之前的狀態的輸出，它用於決定狀態跳轉方向。m_MapCompositeStatesSubState用於保存狀態機中離開復合狀態時的最後狀態，即它記錄復合狀態機的淺歷史。m_spStore指向“數據庫”類對象。
該模板類最重要的函數就是StartMachine，它在第一次被調用時創建了“數據庫”類對象。然後死循環調用Transition方法。Tansition方法是個虛方法，它是整個模型的核心。狀態機類需要實現自己的Transition方法，以使得狀態機可以運轉起來。
我們再看下復合狀態類的基礎模板
template
class CCompositeStates:
public CAutoStateChartBase{
BOOST_TYPEOF_REGISTER_TYPE(T)
public:
CCompositeStates(){};
~CCompositeStates(){};
private:
virtual bool Transition(){return false;};
public:
virtual void Entry(){while(Transition());};
virtual std::string Exit(){return m_strCondition;};
public:
std::string GetCurrentState(){return m_strCurrentState;};
bool IsCompositeStates(){return true;};
void SetInitState( const std::string& strState ){ m_strCurrentState = strState; };
protected:
std::string m_strCurrentState;
std::string m_strCondition;
MapString m_MapCompositeStatesSubState;
};
因為復合狀態也是一種狀態，所以它也要有Entry和Exit兩種方法。而其Entry方法就是調用Transition方法。該模板類的Transition方法也是虛方法，這意味著繼承於該模板類的方法也要去實現Transition。
於是所有的重心都集中於Transition方法的實現。
為了讓代碼美觀，我參考了MFC中使用宏簡潔代碼的思路，設計了如下的宏：
#define STARTSTATE(state) \
do { \
boost::shared_ptr sp = boost::make_shared(); \
sp->SetStore( m_pFunc ); \
if ( sp->IsCompositeStates() ) { \
std::string strState = typeid(state).name(); \
BOOST_AUTO(it, m_MapCompositeStatesSubState.find(strState)); \
if ( m_MapCompositeStatesSubState.end() != it ) { \
sp->SetInitState(it->second); \
if ( DEBUGFRAMEFLAG ) { \
std::string strInitState = it->second; \
std::cout<<"CompositeStates SetInitState:"<Entry(); \
m_strCondition = sp->Exit(); \
if ( sp->IsCompositeStates() ) { \
std::string strState = typeid(state).name(); \
std::string strInnerState = sp->GetCurrentState(); \
m_MapCompositeStatesSubState[strState] = strInnerState; \
if ( DEBUGFRAMEFLAG ) { \
std::cout<<"CompositeStates SaveState:"< 然後復合狀態類和狀態機類只要使用這些宏去組織狀態跳轉，就可以清晰的描述過程了。
