状态机编程.docx

1、状态机编程状态机编程 (转)【转载1】有限状态机的实现 有限状态机（Finite State Machine或者Finite State Automata)是软件领域中一种重要的工具，很多东西的模型实际上就是有限状态机。最近看了一些游戏编程AI的材料，感觉游戏中的AI，第一要说的就是有限状态机来实现精灵的AI，然后才是A*寻路，其他学术界讨论比较多的神经网络、模糊控制等问题还不是很热。FSM的实现方式：1） switch/case或者if/else这无意是最直观的方式，使用一堆条件判断，会编程的人都可以做到，对简单小巧的状态机来说最合适，但是毫无疑问，这样的方式比较原始，对庞大的状态机难以维护

2、。2） 状态表维护一个二维状态表，横坐标表示当前状态，纵坐标表示输入，表中一个元素存储下一个状态和对应的操作。这一招易于维护，但是运行时间和存储空间的代价较大。3） 使用State Pattern使用State Pattern使得代码的维护比switch/case方式稍好，性能上也不会有很多的影响，但是也不是100完美。不过Robert C. Martin做了两个自动产生FSM代码的工具，for java和for C+各一个，在 Pattern的代码，这样developer的工作只需要维护状态机的文本描述，每必要冒引入bug的风险去维护code。4） 使用宏定义描述状态机一般来说，C+编程中应

3、该避免使用#define，但是这主要是因为如果用宏来定义函数的话，很容易产生这样那样的问题，但是巧妙的使用,还是能够产生奇妙的效果。MFC就是使用宏定义来实现大的架构的。在实现FSM的时候，可以把一些繁琐无比的if/else还有花括号的组合放在宏中，这样，在代码中可以3）中状态机描述文本一样写，通过编译器的预编译处理产生1）一样的效果，我见过产生C代码的宏，如果要产生C+代码，己软MFC可以，那么理论上也是可行的。 【评】：状态表的实现方法，C专家编程第8章有具体说明，转载【6】传说中的分隔符 来源2：【转载2】有限状态机的c实现2007-05-11 15:12網絡上可以搜索到很多有限狀態機的

4、代碼和理論分析，這兒僅僅是做一個簡單的例子，僅供入門參考。这儿以四位密码校验作为状态机的例子，连续输入2479就可以通过密码测试。一个非常简单的例子，在实际的状态机实例中，状态转移表要更復雜一些，不過方式非常類似。在狀態查詢的地方可以做優化，同時對于輸入量也可以做有效性優化。具體代碼如下：view plaincopy to clipboardprint?c.h typedef enum STATE1 = 1, STATE2, STATE3, STATE4, STATE5,/password pass /.ADD here STATE; typedef enum INPUT1 = 2, INPU

5、T2 = 4, INPUT3 = 7, INPUT4 = 9, INPUT; typedef struct STATE cur_state; INPUT input; STATE next_state; STATE_TRANS; c.htypedef enumSTATE1 = 1,STATE2,STATE3,STATE4,STATE5,/password pass/.ADD hereSTATE;typedef enumINPUT1 = 2,INPUT2 = 4,INPUT3 = 7,INPUT4 = 9,INPUT;typedef structSTATE cur_state;INPUT inp

6、ut;STATE next_state;STATE_TRANS;c.c #include #include c.h STATE_TRANS state_trans_arry = STATE1,INPUT1,STATE2, STATE2,INPUT2,STATE3, STATE3,INPUT3,STATE4, STATE4,INPUT4,STATE5, ; #define STATE_TRANS_CNT (sizeof(state_trans_arry)/sizeof(state_trans_arry0) int main() int i; char ch; STATE state_machin

7、e = STATE1; while(ch != e) ch = getchar(); if(ch = 0) & (ch = 9)/for digit password input only for(i = 0;i STATE_TRANS_CNT;i+) if(ch = state_trans_arryi.input) & (state_machine = state_trans_arryi.cur_state) state_machine = state_trans_arryi.next_state; continue; else if(i = (STATE_TRANS_CNT - 1)/no

8、 transfer match,reset state state_machine = STATE1; if(state_machine = STATE5) printf(Password correct,state transfer machine pass!n); return 0; c.c#include #include c.hSTATE_TRANS state_trans_arry = STATE1,INPUT1,STATE2,STATE2,INPUT2,STATE3,STATE3,INPUT3,STATE4,STATE4,INPUT4,STATE5,;#define STATE_T

9、RANS_CNT (sizeof(state_trans_arry)/sizeof(state_trans_arry0)int main() int i;char ch;STATE state_machine = STATE1;while(ch != e) ch = getchar(); if(ch = 0) & (ch = 9)/for digit password input only for(i = 0;i STATE_TRANS_CNT;i+) if(ch = state_trans_arryi.input) & (state_machine = state_trans_arryi.c

10、ur_state) state_machine = state_trans_arryi.next_state; / continue; break; /做了修改在vc上可以实现 else if(i = (STATE_TRANS_CNT - 1)/no transfer match,reset state state_machine = STATE1; if(state_machine = STATE5) printf(Password correct,state transfer machine pass!n); return 0;传说中的分隔符 来源3：【转载3】有限状态机自动机状态图一个图

11、的数据结构！1.while + switch;2.状态机：就是指定系统的所有可能的状态及状态间跳转的条件，然后设一个初始状态输入给这台机器，机器就会自动运转，或最后处于终止状态，或在某一个状态不断循环。游戏中状态切换是很频繁的。 可能以前要切换状态就是ifelse，或者设标志，但这些都不太结构化， 如果把它严格的设为一种标准的状态机，会清楚的多。比如控制一扇门的运动， 初始时门是关的， 当有力作用在门上时， 门开始慢慢打开，力的作用完后，门渐渐停止不动， 当有反向的力时，门又渐渐关上， 知道回到初始关的状态。 这个你会怎么来编程实现呢。 似乎很麻烦， 的确，没有状态机的思想时会很烦，设很多标志

12、，一堆if条件。用状态机的话，不只是代码更清晰， 关键是更符合逻辑和自然规律， 不同状态不同处理， 满足条件则跳转到相关状态。伪码如下： enum CLOSED, / 关上状态 CLOSING, / 正在关状态 OPENED, / 打开状态 OPENING, / 正在开的状态 doorState = CLOSED; / 初始为关 Update() switch(doorState) case CLOSED: if (有人推门) doorState = OPENING; / 跳转到正在开状态 break; case OPENING: door.Rotation += DeltaAngle; /

13、门的旋转量递增 if (门的速度为零) / / 力的作用已去 doorState = OPENED; / 跳转到开状态 break; case OPENED: if (有人关门) doorState = CLOSING; break; case CLOSING: door.Rotation -= DeltaAngle; / 门的旋转量递减 if (门的旋转角度减为零) doorState = CLOSED; / 门已关上 break; / 而绘制代码几乎不用怎么变, 门就是会严格按照状态机的指示去运动， 该停就会停 Render() RotateView(door.Rotation); Dra

14、wDoor(door.Position); enumCLOSED, / 关上状态CLOSING, / 正在关状态OPENED, / 打开状态OPENING, / 正在开的状态doorState = CLOSED; / 初始为关Update() switch(doorState) case CLOSED: if (有人推门) doorState = OPENING; / 跳转到正在开状态 break; case OPENING: door.Rotation += DeltaAngle; / 门的旋转量递增 if (门的速度为零) / / 力的作用已去 doorState = OPENED; /

15、跳转到开状态 break; case OPENED: if (有人关门) doorState = CLOSING; break; case CLOSING: door.Rotation -= DeltaAngle; / 门的旋转量递减 if (门的旋转角度减为零) doorState = CLOSED; / 门已关上 break; / 而绘制代码几乎不用怎么变, 门就是会严格按照状态机的指示去运动， 该停就会停Render() RotateView(door.Rotation); DrawDoor(door.Position);这是一个简单但很典型的例子， 状态机的应用太多了。就说一个基本游戏

16、的运转: （用到了一个状态然后还有子状态）UpdateGame() BEGIN; switch(gameState) case 等待选择菜单: /它有三个子状态。 if (选择菜单项 开始) 游戏初始； gameState = 开始游戏 if (选择菜单项 选项) gameState = 设置 if (选择菜单项 退出) gameState = 退出 case 开始： 游戏运行； if (用户按退出键) gameState = 等待选择菜单 ; .其他的状态跳转处理; case 退出: 释放资源； 退出； case 设置: 分别处理不同的选项， 跳转不同的子状态； case . / 其他状态的

17、处理 END; UpdateGame()BEGIN; switch(gameState) case 等待选择菜单: /它有三个子状态。 if (选择菜单项 开始) 游戏初始； gameState = 开始游戏 if (选择菜单项 选项) gameState = 设置 if (选择菜单项 退出) gameState = 退出case 开始：游戏运行；if (用户按退出键)gameState = 等待选择菜单 ;.其他的状态跳转处理;case 退出:释放资源；退出；case 设置:分别处理不同的选项， 跳转不同的子状态；case . / 其他状态的处理END;某一个状态可以包含更多的子状态， 这样

18、最好是同一层次的状态设为一个枚举, 并分到另一个switch处理如 enum STATESstate1, state2, state3; state2又包含若干状态则再定义enum SUB_STATE2sub_state2_1, sub_state2_2, sub_state2_3,;想很多基本的渲染效果， 如淡入淡出， 闪烁等等， 用状态的思想会事半功倍， 思路也更清晰。其实像Opengl, Direct3D这样的渲染引擎本身就是状态机， 当你设置渲染的状态， 这台机器就保持这个状态进行渲染工作，如保持光照位置，保持片元颜色， 直到你再次改变它的状态。状态机的应用实在太广， 相关理论也很多，

19、 最近上课学的随机过程里也讲到一些， 数字电路里的时序逻辑器件也是用状态机来描述。 这些不必多说了。总之， 用状态机的角度去看待问题， 往往能把比较复杂的系统分解为能单独处理的众多子状态， 处理也会得心应手。希望大家多用它， 很好的东西。二、推荐这个：程序员杂志2004.8月刊_state模式和composite模式实现的状态机引擎个人感觉状态机的几个不同实现阶段：1、switch/case 最原始的实现方式,是很多的c程序员习惯采用的方式。2、查找表状态、事件、动作,稍微做了一点改进。有点类似MFC的雏形。3、在以上基础上做的一些改进或者变体。比如用一个栈结构，激活的状态位于栈顶，自动的映射

20、事件和动作的对应，再或者通过一些巧妙的宏等手段进行包装。但是线性结构在实际中使用比较受限、过于技巧性的宏比较难于理解.4、面向对象的设计下、灵活运用模式。如上面给出的链接。重用性和灵活性方面都有不错的表现。沿袭类似的设计思路、根据实际开发内容进行改造后利用。【评】：伪代码部分，可以帮助很好的理解【转载1】文章中叙述的FSM的实现方法1；查找表状态、事件、动作,稍微做了一点改进。有点类似MFC的雏形类似于【转载1】文章中叙述的FSM的实现方法2（状态表）传说中的分隔符 【转载4】fsm implemented in C code(FSM状态机用C实现)用C语言实现一个状态机，很简单，和大家分享这

21、是我做毕业设计时，用nRF24L01组建了一个简单的网络，做的一个小的状态机，网络中三个节点，开始拓扑为网状，后来为星型。#include #include #include /Finite state machine declaration /state declaration #define IDLE 0 /idle state in rx mode #define M_BROADCAST 1 /broadcast state in tx mode,broadcast to be a master point #define M_WAIT_BROADCAST_ACK 2 /wait for

22、 broadcast ack state in rx mode,wait for the point ack in a specific time window #define M_WAIT_COMMAND 3 /wait for command state,wait for PC command via UART #define M_BROADCAST_CANCEL 4 /broadcast cancel state,broadcast to cancel master point #define S_BROADCAST_ACK 5 /slave mode,send back self ph

23、ysical address #define S_WAIT_COMMAND 6 /slave mode, wait for command from the master point /state transition trig /used in master mode int isReqBeMaster = 0; /Is PC request the point to be master? int isTimeout = 0; /Is time out? int isReqCancelMaster = 0; /Is request to cancel master? /used in sla

24、ve mode int isRxBroadcast = 0; /Is there a point broadcast to be master? int isRxBroadcastCancel = 0; /Is receive broadcast cancel master? typedef struct fsmtag int state; /state int timeouttime; /time out time in milliseconds fsm; /function prototype int main() fsm f; f.state = IDLE; f.timeouttime = 0; while(1) switch(f.state) case IDLE: puts(IDLEnWait for isReqBeMaster(1/0) isRxBroadcast(1/0):); scanf(%d %d,&isReqBeMaster,&isRxBroadcast); if(isR