有限自動(dòng)機(jī)（Finite Automata Machine）是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要基石，它在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域內(nèi)通常被稱(chēng)作有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine），是一種應(yīng)用非常廣泛的軟件設(shè)計(jì)模式（Design Pattern）。本文介紹如何構(gòu)建基于狀態(tài)機(jī)的軟件系統(tǒng)，以及如何利用Linux下的工具來(lái)自動(dòng)生成實(shí)用的狀態(tài)機(jī)框架。
一、什么是狀態(tài)機(jī)
有限狀態(tài)機(jī)是一種用來(lái)進(jìn)行對(duì)象行為建模的工具，其作用主要是描述對(duì)象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)來(lái)自外界的各種事件。在面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中，一個(gè)對(duì)象無(wú)論多么簡(jiǎn)單或者多么復(fù)雜，都必然會(huì)經(jīng)歷一個(gè)從開(kāi)始創(chuàng)建到最終消亡的完整過(guò)程，這通常被稱(chēng)為對(duì)象的生命周期。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)象在其生命期內(nèi)是不可能完全孤立的，它必須通過(guò)發(fā)送消息來(lái)影響其它對(duì)象，或者通過(guò)接受消息來(lái)改變自身。在大多數(shù)情況下，這些消息都只不過(guò)是些簡(jiǎn)單的、同步的方法調(diào)用而已。例如，在銀行客戶(hù)管理系統(tǒng)中，客戶(hù)類(lèi)（Customer）的實(shí)例在需要的時(shí)候，可能會(huì)調(diào)用帳戶(hù)（Account）類(lèi)中定義的getBalance()方法。在這種簡(jiǎn)單的情況下，類(lèi)Customer并不需要一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)來(lái)描述自己的行為，主要原因在于它當(dāng)前的行為并不依賴(lài)于過(guò)去的某個(gè)狀態(tài)。
遺憾的是并不是所有情況都會(huì)如此簡(jiǎn)單，事實(shí)上許多實(shí)用的軟件系統(tǒng)都必須維護(hù)一兩個(gè)非常關(guān)鍵的對(duì)象，它們通常具有非常復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，而且需要對(duì)來(lái)自外部的各種異步事件進(jìn)行響應(yīng)。例如，在VoIP電話(huà)系統(tǒng)中，電話(huà)類(lèi)（Telephone）的實(shí)例必須能夠響應(yīng)來(lái)自對(duì)方的隨機(jī)呼叫，來(lái)自用戶(hù)的按鍵事件，以及來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的信令等。在處理這些消息時(shí)，類(lèi)Telephone所要采取的行為完全依賴(lài)于它當(dāng)前所處的狀態(tài)，因而此時(shí)使用狀態(tài)機(jī)就將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
游戲引擎是有限狀態(tài)機(jī)最為成功的應(yīng)用領(lǐng)域之一，由于設(shè)計(jì)良好的狀態(tài)機(jī)能夠被用來(lái)取代部分的人工智能算法，因此游戲中的每個(gè)角色或者器件都有可能內(nèi)嵌一個(gè)狀態(tài)機(jī)。考慮RPG游戲中城門(mén)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，它具有打開(kāi)（Opened）、關(guān)閉（Closed）、上鎖（Locked）、解鎖（Unlocked）四種狀態(tài)，如圖1所示。當(dāng)玩家到達(dá)一個(gè)處于狀態(tài)Locked的門(mén)時(shí)，如果此時(shí)他已經(jīng)找到了用來(lái)開(kāi)門(mén)的鑰匙，那么他就可以利用它將門(mén)的當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?span lang="EN-US">Unlocked，進(jìn)一步還可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)門(mén)上的把手將其狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?span lang="EN-US">Opened，從而成功地進(jìn)入城內(nèi)。
圖1 控制城門(mén)的狀態(tài)機(jī)
在描述有限狀態(tài)機(jī)時(shí)，狀態(tài)、事件、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作是經(jīng)常會(huì)碰到的幾個(gè)基本概念。
狀態(tài)（State） 指的是對(duì)象在其生命周期中的一種狀況，處于某個(gè)特定狀態(tài)中的對(duì)象必然會(huì)滿(mǎn)足某些條件、執(zhí)行某些動(dòng)作或者是等待某些事件。"
事件（Event） 指的是在時(shí)間和空間上占有一定位置，并且對(duì)狀態(tài)機(jī)來(lái)講是有意義的那些事情。事件通常會(huì)引起狀態(tài)的變遷，促使?fàn)顟B(tài)機(jī)從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。
轉(zhuǎn)換（Transition） 指的是兩個(gè)狀態(tài)之間的一種關(guān)系，表明對(duì)象將在第一個(gè)狀態(tài)中執(zhí)行一定的動(dòng)作，并將在某個(gè)事件發(fā)生同時(shí)某個(gè)特定條件滿(mǎn)足時(shí)進(jìn)入第二個(gè)狀態(tài)。
動(dòng)作（Action） 指的是狀態(tài)機(jī)中可以執(zhí)行的那些原子操作，所謂原子操作指的是它們?cè)谶\(yùn)行的過(guò)程中不能被其他消息所中斷，必須一直執(zhí)行下去。
二、手工編寫(xiě)狀態(tài)機(jī)
與其他常用的設(shè)計(jì)模式有所不同，程序員想要在自己的軟件系統(tǒng)中加入狀態(tài)機(jī)時(shí)，必須再額外編寫(xiě)一部分用于邏輯控制的代碼，如果系統(tǒng)足夠復(fù)雜的話(huà)，這部分代碼實(shí)現(xiàn)和維護(hù)起來(lái)還是相當(dāng)困難的。在實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)時(shí)，使用switch語(yǔ)句是最簡(jiǎn)單也是最直接的一種方式，其基本思路是為狀態(tài)機(jī)中的每一種狀態(tài)都設(shè)置一個(gè)case分支，專(zhuān)門(mén)用于對(duì)該狀態(tài)進(jìn)行控制。下面的代碼示范了如何運(yùn)用switch語(yǔ)句，來(lái)實(shí)現(xiàn)圖1中所示的狀態(tài)機(jī)：
switch (state)
{
// 處理狀態(tài)Opened的分支
case (Opened): {
// 執(zhí)行動(dòng)作Open
open();
// 檢查是否有CloseDoor事件
if (closeDoor()) {
// 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Closed
changeState(Closed)
}
break;
}
// 處理狀態(tài)Closed的分支
case (Closed): {
// 執(zhí)行動(dòng)作Close
close();
// 檢查是否有OpenDoor事件
if (openDoor()) {
// 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Opened
changeState(Opened);
}
// 檢查是否有LockDoor事件
if (lockDoor()) {
// 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Locked
changeState(Locked);
}
break;
}
// 處理狀態(tài)Locked的分支
case (Locked): {
// 執(zhí)行動(dòng)作Lock
lock();
// 檢查是否有UnlockDoor事件
if (unlockDoor()) {
// 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Unlocked
changeState(Unlocked);
}
break;
}
// 處理狀態(tài)Unlocked的分支
case (Unlocked): {
// 執(zhí)行動(dòng)作Unlock
unlock();
// 檢查是否有LockDoor事件
if (lockDoor()) {
// 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Locked
changeState(Locked)
}
// 檢查是否有OpenDoor事件
if (openDoor()) {
// 當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Opened
changeSate(Opened);
}
break;
}
}
使用switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的有限狀態(tài)機(jī)的確能夠很好地工作，但代碼的可讀性并不十分理想，主要原因是在實(shí)現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，檢查轉(zhuǎn)換條件和進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換都是混雜在當(dāng)前狀態(tài)中來(lái)完成的。例如，當(dāng)城門(mén)處于Opened狀態(tài)時(shí)，需要在相應(yīng)的case中調(diào)用closeDoor()函數(shù)來(lái)檢查是否有必要進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如果是的話(huà)則還需要調(diào)用changeState()函數(shù)將當(dāng)前狀態(tài)切換到Closed。顯然，如果在每種狀態(tài)下都需要分別檢查多個(gè)不同的轉(zhuǎn)換條件，并且需要根據(jù)檢查結(jié)果讓狀態(tài)機(jī)切換到不同的狀態(tài)，那么這樣的代碼將是枯燥而難懂的。從代碼重構(gòu)的角度來(lái)講，此時(shí)更好的做法是引入checkStateChange()和performStateChange()兩個(gè)函數(shù)，專(zhuān)門(mén)用來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行檢查，以及激活轉(zhuǎn)換時(shí)所需要執(zhí)行的各種動(dòng)作。這樣一來(lái)，程序結(jié)構(gòu)將變得更加清晰：
switch (state) {
// 處理狀態(tài)Opened的分支
case (Opened): {
// 執(zhí)行動(dòng)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(duì)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
performStateChange();
}
break;
}
// 處理狀態(tài)Closed的分支
case (Closed): {
// 執(zhí)行動(dòng)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(duì)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
performStateChange();
}
break;
}
// 處理狀態(tài)Locked的分支
case (Locked): {
// 執(zhí)行動(dòng)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(duì)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
performStateChange();
}
break;
}
// 處理狀態(tài)Unlocked的分支
case (Unlocked): {
// 執(zhí)行動(dòng)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(duì)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
performStateChange();
}
break;
}
}
在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，使用switch語(yǔ)句一直是實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的唯一方法，甚至像編譯器這樣復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，大部分也都直接采用這種實(shí)現(xiàn)方式。但之后隨著狀態(tài)機(jī)應(yīng)用的逐漸深入，構(gòu)造出來(lái)的狀態(tài)機(jī)越來(lái)越復(fù)雜，這種方法也開(kāi)始面臨各種嚴(yán)峻的考驗(yàn)，其中最令人頭痛的是如果狀態(tài)機(jī)中的狀態(tài)非常多，或者狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系異常復(fù)雜，那么簡(jiǎn)單地使用switch語(yǔ)句構(gòu)造出來(lái)的狀態(tài)機(jī)將是不可維護(hù)的。
三、自動(dòng)生成狀態(tài)機(jī)
為實(shí)用的軟件系統(tǒng)編寫(xiě)狀態(tài)機(jī)并不是一件十分輕松的事情，特別是當(dāng)狀態(tài)機(jī)本身比較復(fù)雜的時(shí)候尤其如此，許多有過(guò)類(lèi)似經(jīng)歷的程序員往往將其形容為"毫無(wú)創(chuàng)意"的過(guò)程，因?yàn)樗麄冃枰獙⒋罅康臅r(shí)間與精力傾注在如何管理好狀態(tài)機(jī)中的各種狀態(tài)上，而不是程序本身的運(yùn)行邏輯。作為一種通用的軟件設(shè)計(jì)模式，各種軟件系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)之間肯定會(huì)或多或少地存在著一些共性，因此人們開(kāi)始嘗試開(kāi)發(fā)一些工具來(lái)自動(dòng)生成有限狀態(tài)機(jī)的框架代碼，而在Linux下就有一個(gè)挺不錯(cuò)的選擇──FSME（Finite State Machine Editor）。
圖2 可視化的FSME
FSME是一個(gè)基于Qt的有限狀態(tài)機(jī)工具，它能夠讓用戶(hù)通過(guò)圖形化的方式來(lái)對(duì)程序中所需要的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行建模，并且還能夠自動(dòng)生成用C++或者Python實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)框架代碼。下面就以圖1中城門(mén)的狀態(tài)機(jī)為例，來(lái)介紹如何利用FSME來(lái)自動(dòng)生成程序中所需要的狀態(tài)機(jī)代碼。
3.1狀態(tài)機(jī)建模
首先運(yùn)行fsme命令來(lái)啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)編輯器，然后單擊工具欄上" "New"按鈕來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的狀態(tài)機(jī)。FSME中用于構(gòu)建狀態(tài)機(jī)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(shù)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(shù)形列表中選擇"States"項(xiàng)，然后按下鍵盤(pán)上的Insert鍵來(lái)插入一個(gè)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(chēng)，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(gè)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(jī)所需要的所有狀態(tài)。
圖3 狀態(tài)建模
事件建模
在FSME界面左邊的樹(shù)形列表中選" "Events"項(xiàng)，然后按下鍵盤(pán)上的Insert鍵來(lái)添加一個(gè)新的事件，接著在右下方的"Name"文本框中輸入事件的名稱(chēng)，再單擊"Apply"按鈕，一個(gè)新的事件就創(chuàng)建好了。用同樣的辦法可以添加狀態(tài)機(jī)所需要的所有事件。
圖4 事件建模
狀態(tài)轉(zhuǎn)換是整個(gè)建模過(guò)程中最重要的一個(gè)部分，它用來(lái)定義有限狀態(tài)機(jī)中的一個(gè)狀態(tài)是如何切換到另一個(gè)狀態(tài)的。例如，當(dāng)用來(lái)控制城門(mén)的狀態(tài)機(jī)處于Opened狀態(tài)時(shí)，如果此時(shí)有Close事件產(chǎn)生，那么狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)將切換到Closed狀態(tài)，這樣一個(gè)完整的過(guò)程在狀態(tài)機(jī)模型中可以用closeDoor這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行描述。
要在FSME中添加這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換，首先需要在界面左邊的樹(shù)形列表中選" "States"下的"Opened"項(xiàng)，然后按下鍵盤(pán)上的Insert鍵來(lái)添加一個(gè)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(xiàng)表明該轉(zhuǎn)換發(fā)生后狀態(tài)機(jī)將被切換到Closed狀態(tài)，最后再單擊"Apply"按鈕，一個(gè)新的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系就定義好了，如圖5所示。用同樣的辦法可以添加狀態(tài)機(jī)所需要的所有轉(zhuǎn)換。
圖5 轉(zhuǎn)換建模
3.2 生成狀態(tài)機(jī)框架
使用FSME不僅能夠進(jìn)行可視化的狀態(tài)機(jī)建模，更重要的是它還可以根據(jù)得到的模型自動(dòng)生成用C++或者Python實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)框架。首先在FSME界面左邊的樹(shù)形列表中選擇"Root"項(xiàng)，然后在右下角的"Name"文本框中輸入狀態(tài)機(jī)的名字"DoorFSM"，再?gòu)?span lang="EN-US">"Initial State"下拉列表中選擇狀態(tài)"Opened"作為狀態(tài)機(jī)的初始化狀態(tài)。
圖6 設(shè)置初始屬性
在將狀態(tài)機(jī)模型保存為door.fsm文件之后，使用下面的命令可以生成包含有狀態(tài)機(jī)定義的頭文件：
[xiaowp@linuxgam" code]$ fsmc door.fsm -d -o DoorFSM.
進(jìn)一步還可以生成包含有狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的框架代碼：
[xiaowp@linuxgam code]$ fsmc door.fsm -d -impl DoorFSM.h -o DoorFSM.cpp
如果想對(duì)生成的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，只需要再手工編寫(xiě)一段用于測(cè)試的代碼就可以了：
/*
* TestFSM.cpp
* 測(cè)試生成的狀態(tài)機(jī)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);
}
有限狀態(tài)機(jī)是由事件來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，在FSME生成的狀態(tài)機(jī)框架代碼中，方法A()可以被用來(lái)向狀態(tài)機(jī)發(fā)送相應(yīng)的事件，從而提供狀態(tài)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的"動(dòng)力"。狀態(tài)機(jī)負(fù)責(zé)在其內(nèi)部維護(hù)一個(gè)事件隊(duì)列，所有到達(dá)的事件都會(huì)先被放到事件隊(duì)列中進(jìn)行等候，從而能夠保證它們將按照到達(dá)的先后順序被依次處理。在處理每一個(gè)到達(dá)的事件時(shí)，狀態(tài)機(jī)都會(huì)根據(jù)自己當(dāng)前所處的狀態(tài)，檢查與該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件是否已經(jīng)被滿(mǎn)足，如果滿(mǎn)足的話(huà)則激活相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程。
使用下面的命令能夠?qū)⑸傻臓顟B(tài)機(jī)框架和測(cè)試代碼編譯成一個(gè)可執(zhí)行文件：
[xiaowp@linuxgam code]$ g++ DoorFSM.cpp TestFSM.cpp -o fsm
由于之前在用fsmc命令生成狀態(tài)機(jī)代碼時(shí)使用了-d選項(xiàng)，生成的狀態(tài)機(jī)框架中會(huì)包含一定的調(diào)試信息，包括狀態(tài)機(jī)中每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的激活事件、轉(zhuǎn)換前的狀態(tài)、所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)等，如下所示：
[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'
3.3 定制狀態(tài)機(jī)
目前得到的狀態(tài)機(jī)已經(jīng)能夠響應(yīng)來(lái)自外部的各種事件，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整自己當(dāng)前所處的狀態(tài)，也就是說(shuō)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)機(jī)引擎的功能，接下來(lái)要做的就是根據(jù)應(yīng)用的具體需求來(lái)進(jìn)行定制，為狀態(tài)機(jī)加入與軟件系統(tǒng)本身相關(guān)的那些處理邏輯。在FSME中，與具體應(yīng)用相關(guān)的操作稱(chēng)為輸出（Output），它們實(shí)際上就是一些需要用戶(hù)給出具體實(shí)現(xiàn)的虛函數(shù)，自動(dòng)生成的狀態(tài)機(jī)引擎負(fù)責(zé)在進(jìn)入或者退出某個(gè)狀態(tài)時(shí)調(diào)用它們。
仍然以控制城門(mén)的那個(gè)狀態(tài)機(jī)為例，假設(shè)我們希望在進(jìn)入每個(gè)狀態(tài)時(shí)都添加一部分處理邏輯。首在FSME界面左邊的樹(shù)形列表選擇"Outputs"項(xiàng)，然后按下鍵盤(pán)上的Insert鍵來(lái)添加一個(gè)新的輸出，接著在右下方的"Name"文本框中輸入相應(yīng)的名稱(chēng)，再單擊"Apply"按鈕，一個(gè)新的輸出就創(chuàng)建好了，如圖7所示。用同樣的辦法可以添加狀態(tài)機(jī)所需要的所有輸出。
圖7 添加輸出
當(dāng)所有的輸出都定義好之后，接下來(lái)就可以為狀態(tài)機(jī)中的每個(gè)狀態(tài)綁定相應(yīng)的輸出。首先在FSME界面左側(cè)的"States"項(xiàng)中選擇相應(yīng)的狀態(tài)，然后從右下角的"Available"列表框中選擇與該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出，再單擊"<"按鈕將其添加到"In"列表中。用同樣的辦法可以為狀態(tài)機(jī)中的所有狀態(tài)設(shè)置相應(yīng)的輸出，同一個(gè)狀態(tài)可以對(duì)應(yīng)有多個(gè)輸出，其中In列表中的輸出會(huì)在進(jìn)入該狀態(tài)時(shí)被調(diào)用，而Out列表中的輸出則會(huì)在退出該狀態(tài)時(shí)被調(diào)用，輸出調(diào)用的順序是與其在In或者Out列表中的順序相一致的。
由于對(duì)狀態(tài)機(jī)模型進(jìn)行了修改，我們需要再次生成狀態(tài)機(jī)的框架代碼，不過(guò)這次不需要加上-d參數(shù)：
[xiaowp@linuxgam" code]$ fsmc door.fsm -o DoorFSM.h
[xiaowp@linuxgam code]$ fsmc door.fsm -d -impl DoorFSM.h -o DoorFSM.cpp
我們?cè)谛碌臓顟B(tài)機(jī)模型中添加了enterOpend、enterClosed、enterLocked和enterUnlocked四個(gè)輸出，因此生成的類(lèi)DoorFSM中會(huì)包含如下幾個(gè)純虛函數(shù)
virtual void enterOpened() = 0;
virtual void enterLocked() = 0;
virtual void enterUnlocked() = 0;
virtual void enterClosed() = 0;
顯然，此時(shí)生成的狀態(tài)機(jī)框架不能夠再被直接編譯了，我們必須從類(lèi)DoorFSM派生出一個(gè)子類(lèi)，并提供對(duì)這幾個(gè)純虛函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)：
/*
* DoorFSMLogic.h
* 狀態(tài)機(jī)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();
};
正如前面所提到過(guò)的，這幾個(gè)函數(shù)實(shí)際上代表的正是應(yīng)用系統(tǒng)的處理邏輯，作為例子我們只是簡(jiǎn)單地輸出一些提示信息：
/*
* DoorFSMLogic.cpp
* 狀態(tài)機(jī)控制邏輯的實(shí)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;
}
同樣，為了對(duì)生成的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，我們還需要手工編寫(xiě)一段測(cè)試代碼：
/*
* TestFSM.cpp
* 測(cè)試狀態(tài)機(jī)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);
}
使用下面的命令能夠?qū)⑸傻臓顟B(tài)機(jī)框架和測(cè)試代碼編譯成一個(gè)可執(zhí)行文件：
[xiaowp@linuxgam code]$ g++ DoorFSM.cpp DoorFSMLogic.cpp TestLogic.cpp -o logic
運(yùn)行結(jié)果如下所示：
[xiaowp@linuxgam code]$ ./logic
Enter Closed state.
Enter Locked state.
Enter Unlocked state.
Enter Opened state.
四、小結(jié)
在面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中，有些對(duì)象具有非常復(fù)雜的生命周期模型，使用有限狀態(tài)機(jī)是描述這類(lèi)對(duì)象最好的方法。作為一種軟件設(shè)計(jì)模式，有限狀態(tài)機(jī)的概念雖然不算復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也并不困難，但它的問(wèn)題是當(dāng)狀態(tài)機(jī)的模型復(fù)雜到一定的程度之后，會(huì)帶來(lái)實(shí)現(xiàn)和維護(hù)上的困難。Linux下的FSME是一個(gè)可視化的有限狀態(tài)機(jī)建模工具，而且支持狀態(tài)機(jī)框架代碼的自動(dòng)生成，借助它可以更加輕松地構(gòu)建基于有限狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。