github经典C++状态机(fsm)源代码剖析_c++状态机fsm源码剖析-程序员宅基地

技术标签: fsm  C++  c++  有限状态机  

序言:世间万物皆为状态机,状态机在编程过程中使用的十分广泛。使用一个好的状态机类,可使程序有条理,业务逻辑清晰。在 github上有一个经典的状态机 r-lyeh v1.0.0。该状态机支持C++11,单头文件,轻量级,跨平台,支持函数对象(std :: function),可绑定函数回调,类成员函数,lambda表达式。功能非常强大,使用非常方便,是一个不错的C++类,值得推荐。https://github.com/r-lyeh-archived/fsm

 

1.简单使用

传统方式:面向过程,很大一个switch结构

switch(state){
case state0:std::cout << "进入状态0" << std::endl;break;
case state1:std::cout << "进入状态1" << std::endl;break;
case state2:std::cout << "进入状态2" << std::endl;break;
case state3:std::cout << "进入状态3" << std::endl;break;
case state4:std::cout << "进入状态4" << std::endl;break;
//......
}

使用状态机类:面向对象,思路清晰明了

#include "fsm.hpp"

fsm::stack fsm;//定义一个状态机变量

//事件绑定
fsm.on('state0', 'init') = [&]( const fsm::args &args ) {
   std::cout << "进入状态0" << std::endl;
};
fsm.on('state0', 'quit') = [&]( const fsm::args &args ) {
   std::cout << "状态0结束" << std::endl;
};

fsm.on('state1', 'init') = [&]( const fsm::args &args ) {
   std::cout << "进入状态1" << std::endl;
};
fsm.on('state1', 'quit') = [&]( const fsm::args &args ) {
   std::cout << "状态1结束" << std::endl;
};

fsm.on('state2', 'init') = [&]( const fsm::args &args ) {
   std::cout << "进入状态2" << std::endl;
};
fsm.on('state2', 'quit') = [&]( const fsm::args &args ) {
   std::cout << "状态2结束" << std::endl;
};

//......

fsm.set('state0');//进入状态state0

2.源码自带示例

先看一下源码自带的示例,了解如何使用该状态机类。

示例使用状态机实现一个小游戏,一只蚂蚁战士在家与丛林之间不断地巡逻,在某个时间蚂蚁受到敌人攻击,进入防御状态,血量持续减少,当血量为0时,恢复巡逻状态,继续巡逻。

  ╮╭
╭─╮      ╭─────╮
( 0 )═{  ﹝﹝﹝ }
╰─╯      ╰─────╯
              ╯╯    ╰╰

状态表

| 状态名 | 事件     | function名

─────────────────
| 行走    | 初始化  | init
| 行走    | 结束     | quit 
| 行走    | 暂停     | push
| 行走    | 恢复     | back
| 行走    | 刷新     | tick
| 防御    | 初始化 | init 
| 防御    | 刷新     | tick

 

3.源码自带示例分析

#include <iostream>

// custom states (gerunds) and actions (infinitives)

enum {
    walking = 'WALK',//走路状态,注:单引号表示不是字符串,实际是一个整形,也可设置为一个整数
    defending = 'DEFN',//防御状态
    tick = 'tick'//刷新
};

struct ant_t {
    fsm::stack fsm;
    int health, distance, flow;

    ant_t() : health(0), distance(0), flow(1) {
        // define fsm transitions: on(state,trigger) -> do lambda
        fsm.on(walking, 'init') = [&]( const fsm::args &args ) {//行走状态,绑定init函数(初始化)
            std::cout << "initializing" << std::endl;
        };
        fsm.on(walking, 'quit') = [&]( const fsm::args &args ) {//行走状态,绑定quit函数(状态结束时清理)
            std::cout << "exiting" << std::endl;
        };
        fsm.on(walking, 'push') = [&]( const fsm::args &args ) {//行走状态,绑定push函数,暂停时执行
            std::cout << "pushing current task." << std::endl;
        };
        fsm.on(walking, 'back') = [&]( const fsm::args &args ) {//行走状态,绑定back函数,恢复时执行
            std::cout << "back from another task. remaining distance: " << distance << std::endl;
        };
        fsm.on(walking, tick) = [&]( const fsm::args &args ) {//行走状态,定义一个tick动作,用于输出一些信息
            std::cout << "\r" << "\\|/-"[ distance % 4 ] << " walking " << (flow > 0 ? "-->" : "<--") << " ";
            distance += flow;
            if( 1000 == distance ) {
                std::cout << "at food!" << std::endl;
                flow = -flow;
            }
            if( -1000 == distance ) {
                std::cout << "at home!" << std::endl;
                flow = -flow;
            }
        };
        fsm.on(defending, 'init') = [&]( const fsm::args &args ) {//防御状态,绑定init函数(初始化)
            health = 1000;
            std::cout << "somebody is attacking me! he has " << health << " health points" << std::endl;
        };
        fsm.on(defending, tick) = [&]( const fsm::args &args ) {//行走状态,定义一个tick动作,用于输出一些信息
            std::cout << "\r" << "\\|/-$"[ health % 4 ] << " health: (" << health << ")   ";
            --health;
            if( health < 0 ) {
                std::cout << std::endl;
                fsm.pop();//血量小于0,结束本状态,恢复为之前的状态
            }
        };

        // set initial fsm state
        fsm.set( walking );//初始化状态为行走状态
    }
};

int main() {
    ant_t ant;//创建一个蚂蚁战士(状态机)
    for(int i = 0; i < 12000; ++i) {//满足条件时进入防御状态,战士受到攻击,攻击完成自动恢复为行走状态
        if( 0 == rand() % 10000 ) {
            ant.fsm.push(defending);
        }
        ant.fsm.command(tick);//刷新每一帧,输出一些信息
    }
}

源代码还有一个CD播放器的例子,大家自行去研究。

 

4.状态机类fsm实现原理

关键变量std::map< bistate, fsm::call > callbacks; 实际为一个表,绑定状态和其对应事件的function

关键函数bool call( const fsm::state &from, const fsm::state &to ), 从表中查找指定状态的指定动作对应的函数回调并执行

在stack结构中有一个表,保存的是每个状态及其所有动作对应的function(即C++11中的std :: function,可以存储,复制和调用任何可调用的目标 :包括函数,lambda表达式,绑定表达式或其他函数对象,以及指向成员函数和指向数据成员的指针),当状态发生变化时会从表中查找到要执行的函数回调并执行。

  • 每个状态机都有'init', 'quit', 'push', 'back'四个标准事件,在适当时机自动调用
  • init:在进入某一状态时自动调用 ;quit在某一状态结束时自动调用 
  • push:将某一状态暂停时自动调用;back:将某一状态恢复时自动调用
  • 注意:每个状态的四个标准要自己实现并绑定,如果没有实现,则不调用 
  • 使用set设置初始状态或改变当前状态

5.源码分析

fsm.hpp

#pragma once

#define FSM_VERSION "1.0.0" /* (2015/11/29) Code revisited to use fourcc integers (much faster); clean ups suggested by Chang Qian
#define FSM_VERSION "0.0.0" // (2014/02/15) Initial version */

#include <algorithm>
#include <deque>
#include <functional>
#include <iostream>
#include <map>
#include <sstream>
#include <string>
#include <vector>

namespace fsm
{
    template<typename T>//模板函数,实现任意类型数据转换字符串
    inline std::string to_string( const T &t ) {
        std::stringstream ss;
        return ss << t ? ss.str() : std::string();
    }

    template<>
    inline std::string to_string( const std::string &t ) {
        return t;
    }

    typedef std::vector<std::string> args;
    typedef std::function< void( const fsm::args &args ) > call;

    struct state {//代表状态
        int name;
        fsm::args args;

        state( const int &name = 'null' ) : name(name)//使用整形初始化一个状态
        {}

        state operator()() const {//运算符重载,返回状态自己
            state self = *this;
            self.args = {};
            return self;
        }
        template<typename T0>
        state operator()( const T0 &t0 ) const {//设置状态的数据t0,并转换成字符串保存
            state self = *this;
            self.args = { fsm::to_string(t0) };
            return self;
        }
        template<typename T0, typename T1>
        state operator()( const T0 &t0, const T1 &t1 ) const {//设置状态的数据t0 t1
            state self = *this;
            self.args = { fsm::to_string(t0), fsm::to_string(t1) };
            return self;
        }

        operator int () const {
            return name;
        }

        bool operator<( const state &other ) const {
            return name < other.name;
        }
        bool operator==( const state &other ) const {
            return name == other.name;
        }

        template<typename ostream>
        inline friend ostream &operator<<( ostream &out, const state &t ) {//打印一个状态
            if( t.name >= 256 ) {
                out << char((t.name >> 24) & 0xff);
                out << char((t.name >> 16) & 0xff);
                out << char((t.name >>  8) & 0xff);
                out << char((t.name >>  0) & 0xff);
            } else {
                out << t.name;
            }
            out << "(";
            std::string sep;
            for(auto &arg : t.args ) {
                out << sep << arg;
                sep = ',';
            }
            out << ")";
            return out;
        }
    };

    typedef state trigger;

    struct transition {
        fsm::state previous, trigger, current;

        template<typename ostream>
        inline friend ostream &operator<<( ostream &out, const transition &t ) {
            out << t.previous << " -> " << t.trigger << " -> " << t.current;
            return out;
        }
    };

    class stack {//保存状态的容量
    public:

        stack( const fsm::state &start = 'null' ) : deque(1) {//使用一个状态初始化容器
            deque[0] = start;
            call( deque.back(), 'init' );//执行init函数
        }

        stack( int start ) : stack( fsm::state(start) ) 
        {}

        ~stack() {
            // ensure state destructors are called (w/ 'quit')
            while( size() ) {
                pop();//执行每个状态的qiut函数
            }
        }

        // pause current state (w/ 'push') and create a new active child (w/ 'init')
        void push( const fsm::state &state ) {//暂停一个状态
            if( deque.size() && deque.back() == state ) {
                return;
            }
            // queue
            call( deque.back(), 'push' );//执行上一个状态push函数
            deque.push_back( state );
            call( deque.back(), 'init' );//执行新状态的init函数
        }

        // terminate current state and return to parent (if any)
        void pop() {//恢复一个状态
            if( deque.size() ) {
                call( deque.back(), 'quit' );//执行当前状态的qiut函数
                deque.pop_back();
            }
            if( deque.size() ) {
                call( deque.back(), 'back' );//执行下一个状态的back函数(待恢复的状态)
            }
        }

        // set current active state
        void set( const fsm::state &state ) {//设置当前状态为state ,并自动执行相关函数
            if( deque.size() ) {
                replace( deque.back(), state );
            } else {
                push(state);
            }
        }

        // number of children (stack)
        size_t size() const {
            return deque.size();
        }

        // info
        // [] classic behaviour: "hello"[5] = undefined, "hello"[-1] = undefined
        // [] extended behaviour: "hello"[5] = h, "hello"[-1] = o, "hello"[-2] = l
        fsm::state get_state( signed pos = -1 ) const {//获取当前状态
            signed size = (signed)(deque.size());
            return size ? *( deque.begin() + (pos >= 0 ? pos % size : size - 1 + ((pos+1) % size) ) ) : fsm::state();
        }
        fsm::transition get_log( signed pos = -1 ) const {
            signed size = (signed)(log.size());
            return size ? *( log.begin() + (pos >= 0 ? pos % size : size - 1 + ((pos+1) % size) ) ) : fsm::transition();
        }
        std::string get_trigger() const {
            std::stringstream ss;
            return ss << current_trigger, ss.str();
        }

        bool is_state( const fsm::state &state ) const {
            return deque.empty() ? false : ( deque.back() == state );
        }

        /* (idle)___(trigger)__/''(hold)''''(release)''\__
        bool is_idle()      const { return transition.previous == transition.current; }
        bool is_triggered() const { return transition.previous == transition.current; }
        bool is_hold()      const { return transition.previous == transition.current; }
        bool is_released()  const { return transition.previous == transition.current; } */

        // setup
        fsm::call &on( const fsm::state &from, const fsm::state &to ) {//返回表中绑定的一个匿名函数
            return callbacks[ bistate(from,to) ];
        }

        // generic call
        bool call( const fsm::state &from, const fsm::state &to ) const {
            std::map< bistate, fsm::call >::const_iterator found = callbacks.find(bistate(from,to));
            if( found != callbacks.end() ) {
                log.push_back( { from, current_trigger, to } );
                if( log.size() > 50 ) {
                    log.pop_front();
                }
                found->second( to.args );
                return true;
            }
            return false;
        }

        // user commands
        bool command( const fsm::state &trigger ) {//执行trigger 函数
            size_t size = this->size();
            if( !size ) {
                return false;
            }
            current_trigger = fsm::state();
            std::deque< states::reverse_iterator > aborted;
            for( auto it = deque.rbegin(); it != deque.rend(); ++it ) {
                fsm::state &self = *it;
                if( !call(self,trigger) ) {
                    aborted.push_back(it);
                    continue;
                }
                for( auto it = aborted.begin(), end = aborted.end(); it != end; ++it ) {
                    call(**it, 'quit');
                    deque.erase(--(it->base()));
                }
                current_trigger = trigger;
                return true;
            }
            return false;
        }
        template<typename T>
        bool command( const fsm::state &trigger, const T &arg1 ) {
            return command( trigger(arg1) );
        }
        template<typename T, typename U>
        bool command( const fsm::state &trigger, const T &arg1, const U &arg2 ) {
            return command( trigger(arg1, arg2) );
        }

        // debug
        template<typename ostream>
        ostream &debug( ostream &out ) {
            int total = log.size();
            out << "status {" << std::endl;
            std::string sep = "\t";
            for( states::const_reverse_iterator it = deque.rbegin(), end = deque.rend(); it != end; ++it ) {
                out << sep << *it;
                sep = " -> ";
            }
            out << std::endl;
            out << "} log (" << total << " entries) {" << std::endl;
            for( int i = 0 ; i < total; ++i ) {
                out << "\t" << log[i] << std::endl;
            }
            out << "}" << std::endl;
            return out;
        }

        // aliases
        bool operator()( const fsm::state &trigger ) {//执行带参数的函数
            return command( trigger );
        }
        template<typename T>
        bool operator()( const fsm::state &trigger, const T &arg1 ) {
            return command( trigger(arg1) );
        }
        template<typename T, typename U>
        bool operator()( const fsm::state &trigger, const T &arg1, const U &arg2 ) {
            return command( trigger(arg1, arg2) );
        }
        template<typename ostream>
        inline friend ostream &operator<<( ostream &out, const stack &t ) {
            return t.debug( out ), out;
        }

    protected:

        void replace( fsm::state &current, const fsm::state &next ) {//替换某一状态
            call( current, 'quit' );
            current = next;
            call( current, 'init' );
        }

        typedef std::pair<int, int> bistate;
        std::map< bistate, fsm::call > callbacks;

        mutable std::deque< fsm::transition > log;
        std::deque< fsm::state > deque;//状态列表,最后一个为当前状态,前面的为暂停的状态
        fsm::state current_trigger;//当前状态

        typedef std::deque< fsm::state > states;
    };
}

 

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/u011208918/article/details/108977887

智能推荐

攻防世界_难度8_happy_puzzle_攻防世界困难模式攻略图文-程序员宅基地

文章浏览阅读645次。这个肯定是末尾的IDAT了,因为IDAT必须要满了才会开始一下个IDAT,这个明显就是末尾的IDAT了。,对应下面的create_head()代码。,对应下面的create_tail()代码。不要考虑爆破,我已经试了一下,太多情况了。题目来源:UNCTF。_攻防世界困难模式攻略图文

达梦数据库的导出(备份)、导入_达梦数据库导入导出-程序员宅基地

文章浏览阅读2.9k次,点赞3次,收藏10次。偶尔会用到,记录、分享。1. 数据库导出1.1 切换到dmdba用户su - dmdba1.2 进入达梦数据库安装路径的bin目录,执行导库操作  导出语句:./dexp cwy_init/[email protected]:5236 file=cwy_init.dmp log=cwy_init_exp.log 注释:   cwy_init/init_123..._达梦数据库导入导出

js引入kindeditor富文本编辑器的使用_kindeditor.js-程序员宅基地

文章浏览阅读1.9k次。1. 在官网上下载KindEditor文件,可以删掉不需要要到的jsp,asp,asp.net和php文件夹。接着把文件夹放到项目文件目录下。2. 修改html文件,在页面引入js文件:<script type="text/javascript" src="./kindeditor/kindeditor-all.js"></script><script type="text/javascript" src="./kindeditor/lang/zh-CN.js"_kindeditor.js

STM32学习过程记录11——基于STM32G431CBU6硬件SPI+DMA的高效WS2812B控制方法-程序员宅基地

文章浏览阅读2.3k次,点赞6次,收藏14次。SPI的详情简介不必赘述。假设我们通过SPI发送0xAA,我们的数据线就会变为10101010,通过修改不同的内容,即可修改SPI中0和1的持续时间。比如0xF0即为前半周期为高电平,后半周期为低电平的状态。在SPI的通信模式中,CPHA配置会影响该实验,下图展示了不同采样位置的SPI时序图[1]。CPOL = 0,CPHA = 1:CLK空闲状态 = 低电平,数据在下降沿采样,并在上升沿移出CPOL = 0,CPHA = 0:CLK空闲状态 = 低电平,数据在上升沿采样,并在下降沿移出。_stm32g431cbu6

计算机网络-数据链路层_接收方收到链路层数据后,使用crc检验后,余数为0,说明链路层的传输时可靠传输-程序员宅基地

文章浏览阅读1.2k次,点赞2次,收藏8次。数据链路层习题自测问题1.数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别?“电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?2.数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。3.网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?4.数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决?5.如果在数据链路层不进行帧定界,会发生什么问题?6.PPP协议的主要特点是什么?为什么PPP不使用帧的编号?PPP适用于什么情况?为什么PPP协议不_接收方收到链路层数据后,使用crc检验后,余数为0,说明链路层的传输时可靠传输

软件测试工程师移民加拿大_无证移民,未受过软件工程师的教育(第1部分)-程序员宅基地

文章浏览阅读587次。软件测试工程师移民加拿大 无证移民,未受过软件工程师的教育(第1部分) (Undocumented Immigrant With No Education to Software Engineer(Part 1))Before I start, I want you to please bear with me on the way I write, I have very little gen...

随便推点

Thinkpad X250 secure boot failed 启动失败问题解决_安装完系统提示secureboot failure-程序员宅基地

文章浏览阅读304次。Thinkpad X250笔记本电脑,装的是FreeBSD,进入BIOS修改虚拟化配置(其后可能是误设置了安全开机),保存退出后系统无法启动,显示:secure boot failed ,把自己惊出一身冷汗,因为这台笔记本刚好还没开始做备份.....根据错误提示,到bios里面去找相关配置,在Security里面找到了Secure Boot选项,发现果然被设置为Enabled,将其修改为Disabled ,再开机,终于正常启动了。_安装完系统提示secureboot failure

C++如何做字符串分割(5种方法)_c++ 字符串分割-程序员宅基地

文章浏览阅读10w+次,点赞93次,收藏352次。1、用strtok函数进行字符串分割原型: char *strtok(char *str, const char *delim);功能:分解字符串为一组字符串。参数说明:str为要分解的字符串,delim为分隔符字符串。返回值:从str开头开始的一个个被分割的串。当没有被分割的串时则返回NULL。其它:strtok函数线程不安全,可以使用strtok_r替代。示例://借助strtok实现split#include <string.h>#include <stdio.h&_c++ 字符串分割

2013第四届蓝桥杯 C/C++本科A组 真题答案解析_2013年第四届c a组蓝桥杯省赛真题解答-程序员宅基地

文章浏览阅读2.3k次。1 .高斯日记 大数学家高斯有个好习惯:无论如何都要记日记。他的日记有个与众不同的地方,他从不注明年月日,而是用一个整数代替,比如:4210后来人们知道,那个整数就是日期,它表示那一天是高斯出生后的第几天。这或许也是个好习惯,它时时刻刻提醒着主人:日子又过去一天,还有多少时光可以用于浪费呢?高斯出生于:1777年4月30日。在高斯发现的一个重要定理的日记_2013年第四届c a组蓝桥杯省赛真题解答

基于供需算法优化的核极限学习机(KELM)分类算法-程序员宅基地

文章浏览阅读851次,点赞17次,收藏22次。摘要:本文利用供需算法对核极限学习机(KELM)进行优化,并用于分类。

metasploitable2渗透测试_metasploitable2怎么进入-程序员宅基地

文章浏览阅读1.1k次。一、系统弱密码登录1、在kali上执行命令行telnet 192.168.26.1292、Login和password都输入msfadmin3、登录成功,进入系统4、测试如下:二、MySQL弱密码登录:1、在kali上执行mysql –h 192.168.26.129 –u root2、登录成功,进入MySQL系统3、测试效果:三、PostgreSQL弱密码登录1、在Kali上执行psql -h 192.168.26.129 –U post..._metasploitable2怎么进入

Python学习之路:从入门到精通的指南_python人工智能开发从入门到精通pdf-程序员宅基地

文章浏览阅读257次。本文将为初学者提供Python学习的详细指南,从Python的历史、基础语法和数据类型到面向对象编程、模块和库的使用。通过本文,您将能够掌握Python编程的核心概念,为今后的编程学习和实践打下坚实基础。_python人工智能开发从入门到精通pdf

推荐文章

热门文章

相关标签