用一个例子来学习有限状态机(Finite-state machine,FSM)
1. 基础概念
一个事物都是有不同状态的,比如灯是“开的”还是“关的”就是它的状态。
State
(状态):一个状态机至少要包含两个状态。例如上面灯的例子,有 open 和 closed 两个状态。Event
(事件):事件就是执行某个操作的触发条件或者口令。对于灯,“按下开门按钮”就是一个事件。Action
(动作):事件发生以后要执行动作。例如事件是“按开灯按钮”,动作是“开灯”。编程的时候,一个 Action一般就对应一个函数。Transition
(变换):也就是从一个状态变化为另一个状态。例如“开灯过程”就是一个变换。
2. 有限状态机
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有限状态机(Finite-state machine,FSM),又称有限状态自动机,简称状态机,是表示
有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型
。 -
FSM是一种算法思想,简单而言,有限状态机由一组
状态
、一个初始状态
、输入
和根据输入及现有状态转换为下一个状态的转换函数
组成。 -
其作用主要是描述对象在它的生命周期内所经历的状态序列,以及如何响应来自外界的各种事件。
①现态:是指当前所处的状态。
②条件:又称为“事件”,当一个条件被满足,将会触发一个动作,或者执行一次状态的迁移。
③动作:条件满足后执行的动作。动作执行完毕后,可以迁移到新的状态,也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的,当条件满足后,也可以不执行任何动作,直接迁移到新状态。
④次态:条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的,“次态”一旦被激活,就转变成新的“现态”了。
以上内容摘抄自:
原文链接:https://blog.csdn.net/JMW1407/article/details/108458569
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3. 具体案例
3.1 背景
目前我们实现了一个用来向用户提供远程通信的服务器程序,在这个程序中,为了实现面对不同的请求要执行不同的业务逻辑,如在图书馆服务中有客户想要借书、有的客户想要还书。因此,我们需要为不同的请求执行不同的业务处理逻辑。那如何将请求与处理逻辑对应起来呢?
3.2 简单实现
简单来说,我们可以直接提前定义好一个函数数组,把所有的逻辑处理函数加入到这个数组中,给它们每个一个编号。用户相应的请求中会带有对应函数的编号,直接从数组中提取就好了。
// handle类型数组,handle是函数指针类型
static const handler statusHandler[] =
{&Socket::_HandleRegister, //【0】:注册功能&Socket::_HandleLogIn, //【1】:登录功能
};
3.3 有限状态机实现
然而,简单的使用一个数组,当在一些复杂的应用中会难以维护和扩展。因此,可以通过建立一个有限状态机来管理这些处理逻辑。有限状态机能够更加清晰地处理不同状态下的不同请求,使得代码结构更清晰,容易扩展和维护。
3.3.1 状态和事件定义
首先,我们定义状态和事件:
enum class State {Idle,Registering,LoggingIn,// 其他状态
};enum class Event {StartRegister,CompleteRegister,StartLogin,CompleteLogin,// 其他事件
};
3.3.2 状态机类
class StateMachine {
public:StateMachine() : currentState(State::Idle) {}// 设置当前状态void SetState(State state) {currentState = state;}// 处理事件bool HandleEvent(Event event, lpngx_connection_t pConn, LPSTRUC_MSG_HEADER pMsgHeader, char *pPkgBody, unsigned short iBodyLength) {auto it = stateHandlerMap.find(event);if (it != stateHandlerMap.end()) {return (this->*(it->second))(pConn, pMsgHeader, pPkgBody, iBodyLength);}return false;}private:State currentState;std::map<Event, handler> stateHandlerMap = {{ Event::StartRegister, &StateMachine::HandleRegister },{ Event::StartLogin, &StateMachine::HandleLogin },// 其他事件处理函数};// 处理注册事件bool HandleRegister(lpngx_connection_t pConn, LPSTRUC_MSG_HEADER pMsgHeader, char *pPkgBody, unsigned short iBodyLength) {// 注册处理逻辑// ...SetState(State::Registering);return true;}// 处理登录事件bool HandleLogin(lpngx_connection_t pConn, LPSTRUC_MSG_HEADER pMsgHeader, char *pPkgBody, unsigned short iBodyLength) {// 登录处理逻辑// ...SetState(State::LoggingIn);return true;}// 其他状态处理函数
};
3.3.3 消息处理
当接收到新的消息时,会根据消息中的消息类型对应地转换状态机的状态,然后执行对应的业务逻辑函数。
Event event;
... // 获取接收消息对应的事件类型event// 交给状态机,执行对应的业务逻辑
HandleEvent(event, .....);
3.3.4 状态机的优势
- 清晰的状态和事件管理: 通过明确的状态和事件定义,处理逻辑更加清晰。
- 更好的扩展性: 新增状态和事件时,只需添加相应的处理函数和映射,不影响已有逻辑。
- 维护性: 代码更加模块化,易于理解和维护。
- 复杂的状态转换: 能够轻松处理复杂的状态转换逻辑,如同一事件在不同状态下触发不同的处理逻辑。
- 错误处理和调试: 每个状态和事件都有明确的处理逻辑,便于定位问题。