C語言實現有限狀態機

2021-09-28 18:50:38 字數 4051 閱讀 2267

在實際工作中,經常遇到狀態機的應用,尤其在網路協議部分,最為經典的就是tcp協議的狀態機:

實際上,很多網路協議都是有工作狀態的,不同階段所處不同的狀態,例如dhcp協議,路由協議,sip協議等等。這些協議在實現的時候多多少少會用到狀態機的原理,可能在實現上有較大的差別。我原來只是聽說過有這個原理,但只限於聽說,但具體實現以及它的優點更是不知所以;

這幾天在學習bfd協議的時候,bfd的核心部分就是使用狀態機來實現的,這就使我花點時間好好了解下狀態機實現的原理,這篇部落格主要介紹狀態機的最簡單實現,因為網上沒有找到想要的實現,所以決定自己寫幾個例項並記錄下來。

這幾個例項是參照的栗子做的,只是這篇文章全是使用的switch-case實現的,所以我做乙個補充,使用另一種更符合狀態機的實現。

不是說有些問題必須使用狀態機,只是使用狀態機可以簡化問題,**的邏輯也比較清晰

如果要使用狀態機進行解決問題,首先要確定這個問題本事有幾個狀態,然後我們把所用的狀態做乙個列舉型別的定義,問什麼是列舉型別呢? 因為我們定義==狀態的目的就是把狀態當作索引值==,這可以說是狀態機實現的精髓了,因為它就是根據當前的狀態來確定下一步的行為。

例如:乙個問題有三種狀態,則可以使用這樣的定義:

enum

fsm_state;

定義事件,這個不是必須的。 我是參照bfd核心原始碼的狀態機實現來做實現的幾個栗子,定義事件的好處就是可以統一處理各種情況,不需要再每個狀態中再單獨判斷,這樣需要花費更長的時間去實現每個狀態中的函式。

事件是與狀態相對應的,簡單的說,從「狀態0」切換到「狀態1」是由某些特定事件導致的,同理從「狀態1」切換到「狀態2」是由另乙個事件導致的。 我們把引起狀態切換的條件稱為事件

再舉個栗子:

tcp伺服器再收到客戶端發來的syn報文後,做出syn+ack的應答,我們就可以把==「收到syn」稱作乙個事件==。

確定好事件後,我們將也定義乙個事件的列舉型別,因為事件的作用就是作為另乙個索引

例如:乙個問題有三個事件,則可以使用這樣的定義:

enum

fsm_events;

struct fsm_node

;

當然這只是個結構體,而真實的狀態機一般定義為乙個二維的陣列,為什麼是二維的? 從上文已經知道「狀態」+「事件」是同時作為索引值,因此這裡定義為二維的變數也是可以理解的。

栗子中定義的狀態機變數如下:

struct

fsm[state_num]

[event_num]=,

,},,

,},}

;

完整**在第乙個例項中。

fsm就是個二維陣列,只不過它儲存的是乙個結構體;我們是在它定義的時候進行的初始化。

理論上,每一種狀態下,所有的事件都有可能發生,所以每一種狀態下,我們定義了(事件種類event_num)個物件。

狀態變遷圖與流程圖比較類似,只不過它突出是的狀態和事件。畫狀態變遷圖是為了開發方便,思路更加清晰。

畫狀態變遷圖的好處是方便定義狀態機:每乙個狀態下發生不同的事件分別該如何處理以及下一狀態是什麼。

我們再具體例項中說明。

問題:除去乙個字串中連續的空格,只保留乙個。

狀態變遷圖

**實現

#include

typedef

enum

state;

typedef

enum

events;

#define state_num 2

#define devent_num 2

intisnotspace_func1

(char

*str)

intisnotspace_func2

(char

*str)

intisspace_func1

(char

*str)

intisspace_func2

(char

*str)

struct

fsm[state_num]

[devent_num]=,

/*not_space*/

,/*is_space*/},

,/*not_space*/

,/*is_space*/},

};/*根據當前狀態和當前事件做索引,找到對應的處理情況;然後再獲取下一狀態*/

void

demo1()

}

結果:

root# .

/a.out

root# h e l l o, w o r l d;

問題:除去乙個字串中連續的空格,只保留乙個,但保留雙引號(「 」)內的所有字元。

狀態變遷圖

**實現

#include

enum

fsm_state;

enum

fsm_events;

#define state_num 3

#define event_num 3

void

func1

(char

*str)

void

func2

(char

*str)

void

func3

(char

*str)

void

func4

(char

*str)

void

func5

(char

*str)

void

func6

(char

*str)

void

func7

(char

*str)

void

func8

(char

*str)

void

func9

(char

*str)

struct

fsm_test2[state_num]

[event_num]=,

,,},

,,,}

,,/* when first " is reached, the state is always state_2, only when the next " reached, next state is state_0*/,,

},};

void

demo2()

putchar(10);}

結果:

root# .

/a.out

root# h e l l o ,

"today is friday !!!" w o r l d .

定義了很多同樣的實現函式,只是為了說明每一種(狀態,事件)都有各自的處理情景,這個栗子只是巧合

狀態機的c語言基本實現框架就是這樣,後續如果有經典的狀態機實現,做更新處理。

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