嵌入式开发设计模式——状态机

状态机应该是最常用的设计模式了，而且在各种开发语言中，，甚至是硬件描述语言都常用。

状态机简单概念

状态机非常简单和直观，有两个基本概念：

  1. 状态(State)：一个对象在某个时刻或某段时间，具有某种稳定的属性，就称其在某个状态。例如灯有“亮”、“灭”两种状态，门有“开”、“关”两种状态等。
  2. 迁移(Transition)：从一种状态变到另一种状态就叫迁移。例如灯从亮到灭、从灭到亮，门从开到关、从关到开。

把状态和迁移画出来就成了状态图。从上面的例子也可以想到，有时迁移不会自动发生，例如门从关到开（也就是开门）是因为发生了“要出门”这个条件，并且迁移伴随着动作，也就是开门这个动作。

那么就可以画一个简单的状态图，用/前表示发生条件，/后表示动作

PS.这里的重点为了表现状态机的概念，实际问题中条件和动作可能更加复杂，例如需要区分准入条件和准出条件、进入动作和退出动作等。

状态机设计模式

当需要描述的对象或问题存在多种状态以及多种条件判断时，就可以考虑状态机模式了。画出状态图可以非常直观理解其变化。

状态机有横写和竖写两种方式，区别在于考虑的重点是在状态还是迁移上。有时对象是状态多但迁移条件简单，有时是状态少但迁移条件多。根据写出的代码长度就能看出来了，不需要特别区分。

上面门的例子用状态机来实现。

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typedef enum {
    OPENED,
    CLOSED
} state_t;

state_t door_state;

void door(void) {
    switch (door_state) {
    case CLOSED:
        if (want_out()) {
            open_door();
            door_state = OPENED;
        }
        break;
    case OPENED:
        if (is_out()) {
            close_door();
            door_state = CLOSED;
        }
        break;
    default:
        // error handling
        break;
    }
}

另一种方式，

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void want_out(void) {
    if (door_state == CLOSED) {
        open_door();
        door_state = OPENED;
    } else {
        /* door is open, nothing to do */
    }
}

void is_out(void) {
    if (door_state == OPENED) {
        close_door();
        door_state = CLOSED;
    } else {
        /* door is closed, nothing to do */
    }
}

像之前所说的，标准的状态机模式实现可能还包括很多其他条件和动作，但在实践中通常不会每个迁移每个状态都会用到所有的条件和动作，因此只需要记住状态和迁移的概念，在实现中只写用到的部分就可以了。