状态机简介
状态机，又称有限状态自动机，是一种数学模型。它用来表示一个系统在不同状态之间的转换。状态机最早由数学家和计算机科学家在 20 世纪初提出，现在被广泛应用于计算机科学、电子工程、控制理论等领域。
状态机的组成部分
一个状态机主要由四个部分组成：状态、事件、转换和动作。
- 状态：表示系统所处的不同情况。
- 事件：触发状态转换的外部输入。
- 转换：定义了在特定事件发生时，系统从一个状态转换到另一个状态的规则。
- 动作：在特定转换发生时执行的操作。
状态机的类型
根据状态机的复杂性和功能，可以将其分为三类：有限状态机、层次状态机和推进式状态机。
- 有限状态机：最简单的状态机类型，具有有限个状态和转换。
- 层次状态机：具有层次结构，可以将多个子状态组合成一个复合状态。
- 推进式状态机：具有记忆功能，可以根据过去的事件序列推进到下一个状态。
状态机的实现方法
实现状态机的方法主要有两种：硬编码实现和表驱动实现。
- 硬编码实现：使用条件语句或者 switch 语句直接编写代码实现状态转换逻辑。
- 表驱动实现：使用预先定义好的表来描述状态转换逻辑，运行时根据表进行转换。
状态机的应用实例
状态机在计算机科学和工业控制中都有广泛应用。
- 计算机科学中的应用：编译器中的词法分析器和语法分析器、正则表达式匹配、协议栈等。
- 工业控制中的应用：交通信号灯控制、电梯控制、生产线控制等。
状态机模式简介
状态机模式是一种行为设计模式，它允许对象在其内部状态改变时改变其行为。这种模式将状态封装为单独的类，并将动作委托给当前状态对象。
状态机模式的组成部分包括：
- 状态（State）：定义了对象在特定状态下的行为。
- 上下文（Context）：维护一个对当前状态对象的引用，并提供一个接口，用于切换状态。
- 事件（Event）：触发状态转换的事件。
状态机模式有两种类型：摩尔型（Moore）和米莉型（Mealy）。摩尔型状态机的输出仅取决于当前状态，而米莉型状态机的输出取决于当前状态和输入。
// 定义一个State trait，它包含一个handle_event方法
trait State {
fn handle_event(&self, context: &mut Context, event: Event);
}
// 定义一个Context结构体，它包含一个对当前状态对象的引用
struct Context {
state: Box<dyn State>,
}
impl Context {
// 提供一个接口，用于切换状态
fn change_state(&mut self, new_state: Box<dyn State>) {
self.state = new_state;
}
// 处理事件
fn handle_event(&mut self, event: Event) {
self.state.handle_event(self, event);
}
}
状态机模式的应用场景
状态机模式适用于以下情况：
- 对象的行为取决于其状态，并且必须在运行时根据状态改变其行为。
- 操作具有大量条件语句，其中各个分支依赖于对象的状态。
不适用情况举例：
- 对象只有少量可能的状态，并且不需要动态改变其行为。
- 对象的行为不取决于其内部状态。
如何使用状态机模式
要使用状态机模式，首先需要确定对象可能处于哪些状态，并确定哪些事件会触发状态转换。然后，可以设计一个状态转移图来表示对象在不同状态下如何响应事件。
接下来，可以实现每个状态类，并在其中定义该状态下对象应如何响应事件。最后，在上下文类中实现切换状态的逻辑。
// 定义两个具体的State实现：StateA和StateB
struct StateA;
struct StateB;
impl State for StateA {
fn handle_event(&self, context: &mut Context, event: Event) {
match event {
Event::Event1 => {
// 处理事件1
// ...
// 切换到StateB
context.change_state(Box::new(StateB));
}
Event::Event2 => {
// 处理事件2
// ...
}
}
}
}
impl State for StateB {
fn handle_event(&self, context: &mut Context, event: Event) {
match event {
Event::Event1 => {
// 处理事件1
// ...
}
Event::Event2 => {
// 处理事件2
// ...
// 切换到StateA
context.change_state(Box::new(StateA));
}
}
}
}
状态机模式的优缺点
优点
- 将与特定状态相关的行为局部化到单独的类中。
- 简化了上下文类中的条件语句。
- 可以通过添加新的子类来轻松添加新状态。
缺点
- 可能会导致大量的具体State类。
5. 状态机模式的实例分析
假设我们正在开发一个游戏，其中玩家角色可以处于站立、跑动和跳跃三种不同的状态。玩家角色可以通过按键来控制，例如按下“跳跃”键会使角色从站立或跑动状态转换为跳跃状 态 from刘金，转载请注明原文链接。感谢！
