在 C 中实现分层状态机

Question

我对如何实现我的状态机有点困惑。
我已经知道它是分层的，因为某些州共享相同的操作。
我通过这些参数确定我需要做什么：

• 类（值为：Base、Derived、Specific）
• 操作码
• 参数 1 - 可选
• 参数 2 - 可选

我的层次结构是由Class决定的，OpCode代表动作。
Derived可以使用的OpCodes Base 和 Specific 可以使用 Base 和 Derived 的 OpCodes。
天真的实现如下：

void (*const state_table [MAX_CLASSES][MAX_OPCODES]) (state *) {
  {base_state1, base_state2, NULL, NULL},
  {base_state1, base_state2, derived_state1, NULL},
  {base_state1,base_state2, derived_state1, specific_state3},
};

void dispatch(state *s)
{
  if (state_table[s->Class][s->OpCode] != NULL)
    state_table[s->Class][s->OpCode](s);
}

这将很快变得无法维护。
还有其他方法可以将状态映射到超类吗？

编辑：
进一步的计算使我认为我可能会使用大部分（如果不是全部）OpCodes，但我不会使用所有可用的Classes。
另一个澄清：
一些 OpCodes 可能通过多个派生和基 类 共享。
例如：

• 我有一个名为 Any 的 Class 这是一个 Base 类。它有 操作码：STATE_ON、STATE_OFF、STATE_SET。

• 我有另一个 Class 叫 MyGroup 是一个 Derived 类。它有 OpCodes： STATE_FLIP、STATE_FLOP。

• 第三个类是一个具体 名为 ThingInMyGroup 的类 具有操作码： STATE_FLIP_FLOP_AND_FLOOP。

因此，从服务器发送具有 Any 类的消息，在所有客户端中接收并处理。

类 MyGroup 的消息从服务器发送，在所有客户端中接收并仅在属于 MyGroup 的客户端上处理，任何 OpCodes 对 Any 类有效的 > 对 MyGroup 类有效。

类 ThingInMyGroup 的消息从服务器发送，在所有客户端中接收并仅在属于 MyGroup 且属于 ThingInMyGroup* 的客户端上处理，对 Any 类和 MyGroup 类有效的任何 **OpCodes 对 ThingInMyGroup 类有效。

在收到消息后，客户端将相应地 ACK/NACK。

我不喜欢使用 switch case 或 const 数组，因为当它们变大时，它们将变得无法维护。
我需要一个灵活的设计，让我：

1. 指定哪些操作码可用 每个类。
2. 为每个 Class 指定一个超类，并通过该规范允许我调用由当前 OpCode 表示的函数指针。

Answer 1

有几种方法可以解决这个问题。这是一个：

编辑 -- 添加通用层次结构

typedef unsigned op_code_type;
typedef void (*dispatch_type)(op_code_type);
typedef struct hierarchy_stack hierarchy_stack;
struct hierarchy_stack {
       dispatch_type func;
       hierarchy_stack *tail;
};

void dispatch(state *s, hierarchy_stack *stk) {
    if (!stk) {
          printf("this shouldn't have happened");
    } else {
          stk->func(s, stk->tail);
    }
}

void Base(state *s, hierarchy_stack *stk ) {
    switch (s->OpCode) {
          case bstate1:
               base_state1(s);
               break;
          case bstate2:
               base_state(2);
               break;
          default:
               dispatch(s, stk);
    }
}
void Derived(state *s, hierarchy_stack *stk ) {
    switch(s->opcode) {
           case dstate1:
                deriveds_state1(s);
                break;
           default:
                dispatch(s, stk);
    }
}
... 

注意：所有函数调用都是尾调用。

这可以很好地本地化您的“类”，因此如果您决定 Derived 需要 100 多个方法/操作码，那么您只需编辑用于定义操作码的方法和枚举（或其他）。

另一种更动态的处理方式是在每个“类”中都有一个父指针，该指针指向可以处理它无法处理的任何事情的“类”。

2D 表方法既快速又灵活（Derived 可能具有与操作码 0 的 Base 不同的处理程序），但它的增长速度很快。

Answer 2

我编写了一个小工具，可以生成类似于您基于迷你语言的幼稚实现的代码。该语言只是指定了状态-操作码-动作的关系，所有的动作都是符合 typedef 的 C 函数。

它不处理 HSM 方面，但这相对容易添加到语言中。

我建议采用这种方法 - 创建一种小语言，为您提供一种清晰的方式来描述状态机，然后根据该机器描述生成代码。这样，当您需要在一个月后插入一个新状态时，整个事情就不会乱七八糟地编辑了。

如果您需要该代码，请告诉我，我会确保它在某处仍然可用。