C语言状态机学习笔记一

56 阅读 0 评论 37 点赞

我是靠谱客的博主甜蜜机器猫，最近开发中收集的这篇文章主要介绍C语言状态机学习笔记一，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

出处：http://www.cnblogs.com/tangerious/p/4565833.html

状态机的好处不用多说，自己百度去，但传统的编程模式，无论是C语言，或是硬件FPGA的Verilog都是采用switch-case
结构，硬件的还好说，是并行的，但如果是C语言实现状态机则可能需要对每个case进行判断，状态少比如几个可能没什
么效率之类的问题，但状态多几十个上百个呢，那么就需要进行上百次的判断是否匹配，毫无疑问效率很低，切每次的
状态切换时间也不确定。那么有没有一种好的实现模式不用switch-case结构呢？下面我来为C语言状态机的实现建立一
个最优模式。
实现
前面说了一堆装bi的废话，下面进入正题，前段时间研究了下函数式编程，发现C语言的循环结构完全可以用尾递归（不
懂百度）实现，最后C就只剩下唯有if和switch还不能用函数式编程实现，而今天要讲的状态机模式就是用函数式编程实
现switch-case，那么switch-case其实可以看做一种查找的跳转，我们知道C语言中goto可以实现跳转，那么还有什么可
以实现跳转呢，答案是函数调用，但是又需要如何实现指定的函数调用呢，难道要用if判断，显然没什么意义，那么又
没有比if判断（如果上百次判断）更高效的东西呢？有人已经想到是查表，如果将查表和函数调用结合，那么就是函数
指针数组的应用了！
上代码！首先定义一个函数指针类型，为什么要带void *的参数后面会说：

typedef unsigned char State;
typedef State(*Procedure)(void *);
这样就可以方便地定义一个函数指针数组：

Procedure Steps[] = { step_init, step_count, step_done, step_default };

step_init，step_count等是函数名，再定义状态：

enum states{ s_init, s_count, s_done, s_default };

枚举定义对应着{0,1,2,3}，有了这些再状态机联系那么可以想到，数组的索引就是状态定义，上核心代码，两行（简单

吧！关键是想到）：

void BestStateMachine(void * invar)
{
static State NS = s_init; //定义下一状态
NS = Steps[NS](invar);
}

static的变量NS在每次BestStateMachine调用会得到维护，我们只需再每Steps返回下一个状态并保存到NS中可以实现状

态的保存和切换。再说说为什么要加个void*的参数，状态机一般有很多自身变量的维护，而且对于mealy状态机还需根

据输入判断，因为函数调用返回是不保留局部变量的，那么就需要将变量传递来实现更改和保存，之所以只用了一个

void*参数是因为，如果需要保存和传递的变量很多，直接传递会在调用函数是浪费大量的栈空间，且效率低下，采用这

种模式，你可以将变量用一个结构体封装，然后将结构体指针传递给void *的形参，再函数内部再强制转换即可使用结

构体内部的变量。现在你已经在嘀咕这作者真啰嗦，好上实例代码，就是一个简单的计数器（以前学状态机都从计数器

开始），在计数完成打印信息：
#include<stdio.h>
typedef unsigned char State;
typedef State(*Procedure)(void *);
enum states{ s_init, s_count, s_done, s_default };//状态定义
typedef struct _SM_VAR //对状态机参数封装
{
int cnt;
}SM_VAR;
State step_init(void * arg)//初始化
{
SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
p->cnt = 0;
printf("CS:init ;cnt=%d;NS:countn", p->cnt);
return s_count;
}
State step_count(void * arg)//计数
{
SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
if (p->cnt < 3){
p->cnt+=1;
printf("CS:count;cnt=%d;NS:countn", p->cnt);
return s_count;
}
else{
printf("CS:count;cnt=%d;NS:donen", p->cnt);
return s_done;
}
}
State step_done(void * arg)//计数完成
{
SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
printf("CS:done ;cnt=%d;NS:initn", p->cnt);
return s_init;
}
State step_default(void * arg)//错误过程
{
SM_VAR *p = (SM_VAR *)arg;
printf("Wrong Staten");
return s_init;
}
Procedure Steps[] = { step_init, step_count, step_done, step_default };

void BestStateMachine(void * invar)
{
static State NS = s_init; //定义下一状态
NS = Steps[NS](invar);
}
int main(void)
{
SM_VAR var;
int i;
for (i = 0; i <8; i++){//给状态机8个周期的时钟驱动
BestStateMachine(&var);
}
return 0;
}

最后在VS2013上调试如下：

CS:init ;cnt=0;NS:count
CS:count;cnt=1;NS:count
CS:count;cnt=2;NS:count
CS:count;cnt=3;NS:count
CS:count;cnt=3;NS:done
CS:done ;cnt=3;NS:init
CS:init ;cnt=0;NS:count
CS:count;cnt=1;NS:count
请按任意键继续. . .