教你一招搞定，单片机开发常用的状态机

之前写过一篇状态机的实用文章，很多朋友说有几个地方有点难度不易理解，今天给大家换种简单写法，使用函数指针的方法实现状态机。

状态机简介

有限状态机FSM是有限个状态及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型，是一种逻辑单元内部的高效编程方法，可以根据不同状态或者消息类型进行相应的处理逻辑，使得程序逻辑清晰易懂。

函数指针实现FSM

使用函数指针实现FSM可以分为3个步骤

1. 建立相应的状态表和动作查询表

2. 根据状态表、事件、动作表定位相应的动作处理函数

3. 执行完成后再进行状态的切换

代码实现步骤

1. 定义状态数据的枚举类型

typedef enum {
  state_1=1,
  state_2,
  state_3,
  state_4
}State;

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• 定义事件的枚举类型

typedef enum{
  event_1=1,
  event_2,
  event_3,
  event_4,
  event_5
}EventID;

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• 定义状态表的数据类型

typedef struct
{
    int event;   //事件
    int CurState;  //当前状态
    void (*eventActFun)();  //函数指针
    int NextState;  //下一个状态
}StateTable;

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• 定义处理函数及建立状态表

void f121()
{
    printf("this is f121\n");
}
void f221()
{
    printf("this is f221\n");
}
void f321()
{
    printf("this is f321\n");
}

void f122()
{
    printf("this is f122\n");
}

StateTable fTable[] =
{
    //{到来的事件，当前的状态，将要要执行的函数，下一个状态}
    { event_1,  state_1,    f121,  event_2 },
    { event_2,  state_2,    f221,  event_3 },
    { event_3,  state_3,    f321,  event_4 },
    { event_4,  state_4,    f122,  event_1 },
    //add your code here
};

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• 状态机类型，及状态机接口函数

/*状态机类型*/
typedef struct {
    int curState;//当前状态
    StateTable * stateTable;//状态表
    int size;//表的项数
}fsmType;

/*状态机注册,给它一个状态表*/
void fsmRegist(fsmType* pFsm, StateTable* pTable)
{
    pFsm->stateTable = pTable;
}

/*状态迁移*/
void fsmStateTransfer(fsmType* pFsm, int state)
{
    pFsm->curState = state;
}

/*事件处理*/
void fsmEventHandle(fsmType* pFsm, int event)
{
    StateTable* pActTable = pFsm->stateTable;
    void (*eventActFun)() = NULL;  //函数指针初始化为空
    int NextState;
    int CurState = pFsm->curState;
    int maxNum = pFsm->size;
    int flag = 0; //标识是否满足条件

    /*获取当前动作函数*/
    for (int i = 0; i<maxNum; i++)
    {
        //当且仅当当前状态下来个指定的事件，我才执行它
        if (event == pActTable[i].event && CurState == pActTable[i].CurState)
        {
            flag = 1;
            eventActFun = pActTable[i].eventActFun;
            NextState = pActTable[i].NextState;
            break;
        }
    }


    if (flag) //如果满足条件了
    {
        /*动作执行*/
        if (eventActFun)
        {
            eventActFun();
        }

        //跳转到下一个状态
        fsmStateTransfer(pFsm, NextState);
    }
    else
    {
        printf("there is no match\n");
    }
}

附代码

代码直接复制过去就行啦，本想打包的，太麻烦了。

测试程序

//编译器：http://www.dooccn.com/cpp/
//来源：技术让梦想更伟大
//作者：李肖遥
#include <stdio.h>

typedef enum {
  state_1=1,
  state_2,
  state_3,
  state_4
}State;

typedef enum{
  event_1=1,
  event_2,
  event_3,
  event_4,
  event_5
}EventID;

typedef struct {
    int event;   //事件
    int CurState;  //当前状态
    void (*eventActFun)();  //函数指针
    int NextState;  //下一个状态
}StateTable;

void f121()
{
    printf("this is f121\n");
}
void f221()
{
    printf("this is f221\n");
}
void f321()
{
    printf("this is f321\n");
}

void f122()
{
    printf("this is f122\n");
}

StateTable fTable[] =
{
    //{到来的事件，当前的状态，将要要执行的函数，下一个状态}
    { event_1,  state_1,    f121,  event_2 },
    { event_2,  state_2,    f221,  event_3 },
    { event_3,  state_3,    f321,  event_4 },
    { event_4,  state_4,    f122,  event_1 },
    //add your code here
};

/*状态机类型*/
typedef struct {
    int curState;//当前状态
    StateTable * stateTable;//状态表
    int size;//表的项数
}fsmType;

/*状态机注册,给它一个状态表*/
void fsmRegist(fsmType* pFsm, StateTable* pTable)
{
    pFsm->stateTable = pTable;
}

/*状态迁移*/
void fsmStateTransfer(fsmType* pFsm, int state)
{
    pFsm->curState = state;
}

/*事件处理*/
void fsmEventHandle(fsmType* pFsm, int event)
{
    StateTable* pActTable = pFsm->stateTable;
    void (*eventActFun)() = NULL;  //函数指针初始化为空
    int NextState;
    int CurState = pFsm->curState;
    int maxNum = pFsm->size;
    int flag = 0; //标识是否满足条件

    /*获取当前动作函数*/
    for (int i = 0; i<maxNum; i++)
    {
        //当且仅当当前状态下来个指定的事件，我才执行它
        if (event == pActTable[i].event && CurState == pActTable[i].CurState)
        {
            flag = 1;
            eventActFun = pActTable[i].eventActFun;
            NextState = pActTable[i].NextState;
            break;
        }
    }


    if (flag) //如果满足条件了
    {
        /*动作执行*/
        if (eventActFun)
        {
            eventActFun();
        }

        //跳转到下一个状态
        fsmStateTransfer(pFsm, NextState);
    }
    else
    {
        printf("there is no match\n");
    }
}

int main()
{
    fsmType pType;
    fsmRegist(&pType,fTable);
    pType.curState = state_1;
    pType.size = sizeof(fTable)/sizeof(StateTable);

    printf("init state:%d\n\n",pType.curState);

    fsmEventHandle(&pType,event_1);
    printf("state:%d\n\n",pType.curState);

    fsmEventHandle(&pType,event_2);
    printf("state:%d\n\n",pType.curState);

    fsmEventHandle(&pType,event_3);
    printf("state:%d\n\n",pType.curState);

    fsmEventHandle(&pType,event_4);
    printf("state:%d\n\n",pType.curState);

    fsmEventHandle(&pType,event_2);
    printf("state:%d\n\n",pType.curState);

    return 0;
}

编译结果

总结

使用函数指针实现的FSM的过程还是比较费时费力的，但是这一切相对一大堆的if/else、switch/case来说都是值得的，当你的程序规模变得越来越大的时候，基于这种表结构的状态机，维护程序起来会清晰很多。