这个编程技巧别说我没告诉你

迈不过友情╰ 2023-06-13 09:49 8阅读 0赞

## 前言 ##

有读者在后台留言说用c写一篇有限状态机的推文，正好之前也用过，就分享一下吧。

## 背景 ##

先举一个简单的例子，假设是这样的，一个小孩有两种状态，睡眠，清醒。睡的时候可能会撒尿，微笑，撒尿之后会转为清醒状态，而清醒的时候可能会笑，会吃，吃完之后会转会睡眠状态  
用C语言实现，一般写法可能是这样的：

//来源：公众号【编程珠玑】
    #include <stdio.h>
    enum KID_STATUS
    {
        SLEEP = 0,
        WEAK = 1,
        INVALID = 2
    };
    enum KID_ACTION
    {
        SMILE = 0,
        EAT = 1,
        PEE = 2
    };
    /*孩子当前状态*/
    static int nowStatus = WEAK;
    
    /*孩子行为*/
    int smile(int status)
    {
        printf("kid smile\n");
        return status;
    }
    int eat(int status)
    {
        printf("kid eat\n");
        return SLEEP;
    }
    int pee(int status)
    {
        printf("kid pee\n");
        return WEAK;
    }
    /*孩子产生某个行为*/
    void execute(int action)
    {
        int nextStatus;
        /*醒着时的行为*/
        if(WEAK == nowStatus)
        {
            switch(action)
            {
                case SMILE:
                {
                    nextStatus = smile(nowStatus);
                    break;
                }
                case EAT:
                {
                    nextStatus = eat(nowStatus);
                    break;
                }
                case PEE:
                {
                    nextStatus = pee(nowStatus);
                    break;
                }
                default:
                    printf("unknow action when weak %d\n",action);
                    nextStatus = nowStatus;
                    break;
            }
        }
        /*睡着时的行为*/
        else if(SLEEP == nowStatus)
        {
            switch(action)
            {
                case SMILE:
                {
                    nextStatus = smile(nowStatus);
                    break;
                }
                casePEE:
                {
                    nextStatus = pee(nowStatus);
                    break;
                }
                default:
                    printf("unknow action when sleep %d\n",action);
                    nextStatus = nowStatus;
                    break;
            }
        }
        else
        {
            printf("unknow action\n");
        }
        nowStatus = nextStatus;
        printf("next status is %d\n",nowStatus);
    }
    int main(void)
    {
        nowStatus = SLEEP;
        execute(EAT);
        return 0;
    }

这段代码的意图就非常明显了，首先判断当前所在状态， 然后找到其中的行为，最后执行。  
但是这段代码有以下几个特点：

*  新加一种行为需要修改execute函数
 *  新加一种行为需要增加更多分支代码
 *  新加一种状态，需要新增一个大的分支
 *  哪些状态有哪些行为不是很明显

## 换一种写法 ##

在《[高级指针话题-函数指针][-]》中介绍了函数指针，以及在《[编程技巧-跳转表][- 1]》介绍了函数跳转表。这里我们把代码调整一下，看看结合跳转表和状态机，能写出什么样的代码。

//来源：公众号【编程珠玑】地址：https://www.yanbinghu.com
    #include <stdio.h>
    /*省略枚举定义和函数定义，与前面相同*/
    typedef int (*Handler)(int);//函数指针
    /*用于处理某种状态的行为*/
    typedef struct Act_Handler
    {
        int action;
        Handler handler;
    }Act_Handler;
    /*某种状态的处理集*/
    typedef struct Stat_Handler
    {
        int status;
        int actNum;
        Act_Handler *actHandler;
    }Stat_Handler;
    /*sleep状态行为处理*/
    Act_Handler sleepHandler[] = 
    {
        {SMILE,smile},
        {PEE,pee}
    };
    /*weak状态行为处理*/
    Act_Handler weakHandler[] = 
    {
        {SMILE,smile},
        {PEE,pee},
        {EAT,eat}
    };
    /*状态处理*/
    static Stat_Handler statHandler[] = 
    {
        {SLEEP,sizeof(sleepHandler)/sizeof(Act_Handler),sleepHandler},
        {WEAK,sizeof(weakHandler)/sizeof(Act_Handler),weakHandler},
    };
    static int statSize = sizeof(statHandler)/ sizeof(Stat_Handler);
    void execute(int action)
    {
        if(nowStatus >= statSize)
        {
            printf("unknow status\n");
            return;
        }
        printf("now status is %d,action %d\n",nowStatus,action);
        int nextStatus = nowStatus;
        Act_Handler *actHandler = statHandler[nowStatus].actHandler;
        int actNum = statHandler[nowStatus].actNum;
        int actIdx = 0;
        /*遍历指定状态下的行为集，找到对应的行为*/
        for(actIdx = 0;actIdx < actNum;actIdx++)
        {
            if(actHandler[actIdx].action == action)
            {
                nextStatus = (actHandler[actIdx].handler)(action);
                break;
            }
        }
        if(actIdx == actNum)
        {
            printf("did find action %d in status %d\n",action,nowStatus);
        }
        nowStatus = nextStatus;
        printf("next status is %d\n",nowStatus);
    }
    int main(void)
    {
        nowStatus = WEAK;
        execute(EAT);
        return 0;
    }

这里简单说明一下execute函数中的执行流程。

*  判断当前状态合法性
 *  在数组中找到对应状态的行为处理集
 *  在处理集中找到对应的行为
 *  处理结束

这种方式有什么特点呢？可以看到，在需要新加一个动作的时候，只需要在sleepHandler或者weakHandler中添加，完全不影响execute函数的改动。你甚至可以将不同状态分在不同的文件中管理，使得结构更加清晰明朗。

另外一方面，某种状态下，能执行哪些动作，非常清晰。

不过这样的写法对于初学者来说不太友好，但是不影响你添加新的内容。

有的读者可能会堪虑，在寻找行为的时候，for循环会不会很慢？首先这和case差别不大，通常不会有性能问题，其次除了使用数组，还可以考虑其他数据结构，例如哈希，我在《[工作中用不到算法，为什么还要学算法？][Link 1]》中也提到了，数据结构和算法能更好地帮我们解决问题。

首发：公众号【编程珠玑】

作者：守望先生

ID：shouwangxiansheng

## 总结 ##

本文代码较多，建议在实际环境中运行调试。完整可运行代码也可以[阅读原文。][Link 2]

推荐阅读：

[工作中几乎用不到算法，为何要学算法？][Link 1]

[为何优先选用unique\_ptr而不是裸指针？][unique_ptr]

[拥抱智能指针，告别内存泄露][Link 3]

[为什么执行自己的程序要在前面加./][.]

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[Link 2]: https://www.yanbinghu.com/2019/11/14/38034.html
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[Link 3]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2OTA3NTk3Ng==&mid=2649285218&idx=1&sn=dc8fc5f25ce59729101067651c650325&chksm=f2f99105c58e181366dcd1ce1865e97ace103b17f7f25c2ce24cb8151ea6af84596160713cca&scene=21#wechat_redirect
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