状态机改变状态

Question

我不断遇到同样的问题，即使查看教程也无法解决。 我已经“设置”了我的状态机，但我无法在状态之间转换。

这是我的状态机：

class StateMachine
{
    State* m_State;

public:
    StateMachine();
    ~StateMachine();
    void changeState(State* state);
};

这是一个示例状态：

class A : State
{
public:
    A();
    ~A();
    void handleInput(int a);
}

如果我将 a = 1 传递给 A::handleInput()，我想转换到状态 B。但是当我实现它时，我无法从 A::handleInput() 访问 StateMachine，这让我不得不摸索痛苦。

Answer 1

但是当我实现它时，我无法从 A::handleInput() 访问 StateMachine

嗯，这是State Pattern 的一个众所周知的问题，没有提及如何使用封闭的状态机 来保持状态类的正常运行。

IMO，这是考虑将StateMachine 类实现为Singleton 的有效用例之一。
这样，任何Stateclass 实现都可以访问它的实例。

正如我在这里讨论的设计模式，State 类可以在 Flyweight Pattern 的帮助下设计，因为它们本身通常是无状态的。

我曾经将所有这些驱动到一个 c++ 模板框架中，该框架抽象了 State 和 State Machine 的接口（参见下面的链接）。

下面是一个简短的代码示例：

StateMachine.h

struct State {
    virtual void handleInput(int x) = 0;
    virtual ~State() {} = 0;
};

class StateMachine {
    State* m_State;

    StateMachine();
public:
   
    static StateMachine& instance() {
        static StateMachine theInstance;
        return theInstance;
    }
    void changeState(State* state) {
        m_State = state;
    }
    void triggerInput(int x) {
        m_State->handleInput(x);
    }
};

StateA.h

#include "StateMachine.h"
class StateB;
extern StateB* stateB;

class StateA : public State {
public:
    virtual ~StateA() {}
    virtual void handleInput(int x) {
        if(x == 1) {
             // Change to StateB
             StateMachine::instance.changeState(stateB);
        }
        else {
            // Do something with x
        }
    }
};

这里省略了StateB的定义，应该和StateA一样。

---

参考资料：

• C++ Singleton Design Pattern
• State machine template class framework for C++

Answer 2

我查看了 Sourcemaking 示例，对我来说，实现示例真的很糟糕；必须在每次状态更改时创建新实例： https://sourcemaking.com/design_patterns/state/cpp/1

作为一个使用 JK 触发器在电子设备中设计状态机的人，我会使用类似但语义不同的方法。状态机的复杂性涉及根据状态和输入执行的动作；通常在 C 语言中，您会使用大量 switch 语句和可能的数组来描述如何处理 current state 和 new input aka event。

所以对我来说，面向对象的方法是对event handler 建模。这将有一个描述输入格式的接口。然后，对于每个不同的状态，您都有该接口的不同实现。有了它，状态机可以简单地为事件处理程序实现一组状态——数组、向量或映射。尽管处理程序仍可能包含 case 语句，但整体的意大利面性已大大降低。您可以在必要时使用新的状态处理程序轻松扩展设计：

所以你可以有这样的东西：

#include <map>

typedef enum
{
    //TODO : state list, e.g.
    eOff,
    eOn
}
teCurrentState;

typedef struct
{
    //TODO : Add inputs here, e.g.
    bool switch1;
}
tsInputDesc;

typedef struct
{
    //TODO : Add outputs here, e.g.
    bool relay1;
}
tsOutputDesc;

// ------------------------------------------------

class IEventHandler
{
public:
    virtual ~IEventHandler() {}
    // returns new state
    virtual teCurrentState handleInput(tsInputDesc const& input, tsOutputDesc& output) = 0;
};

// ------------------------------------------------

class OnStateHandler : public IEventHandler
{
public:
    virtual teCurrentState handleInput(tsInputDesc const& input, tsOutputDesc& output) override
    {
        //TODO : IMPLEMENT
        teCurrentState newState = TODO....
        return (newState);
    }
};

// ------------------------------------------------

class OffStateHandler : public IEventHandler
{
public:
    virtual teCurrentState handleInput(tsInputDesc const& input, tsOutputDesc& output) override
    {
        //TODO : IMPLEMENT
        teCurrentState newState = TODO....
        return (newState);
    }
};

// ------------------------------------------------

class StateMachine
{
protected:
    teCurrentState mCurrentState;
    std::map<teCurrentState, IEventHandler*> mStateHandlers;

    void makeHandlers()
    {
        mStateHandlers[eOff] = new OffStateHandler();
        mStateHandlers[eOn] = new OnStateHandler();
    }

public:
    StateMachine()
    {
        makeHandlers();
        mCurrentState = eOff;
    }

    void handleInput(tsInputDesc const& input, tsOutputDesc output)
    {
        teCurrentState newState = mStateHandlers[mCurrentState]->handleInput(input, output);
        mCurrentState = newState;
    }
};

// ------------------------------------------------

void runFsm()
{
    StateMachine fsm;
    tsInputDesc input;
    tsOutputDesc output;
    bool alive = true;

    while (alive)
    {
        // TODO : set input according to....inputs (e.g. read I/O port etc)

        fsm.handleInput(input, output);

        // TODO : use output
    }
}