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为Linux应用构造有限状态机方法(3)

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有限自动机（Finite Automata Machine）是计算机科学的重要基石，它在软件开发领域内通常被称作有限状态机（Finite State Machine），是一种应用非常广泛的软件设计模式（Design Pattern）。

作者：shenhuo 来源：赛迪网 2007年9月13日

使用switch语句实现的有限状态机的确能够很好地工作，但代码的可读性并不十分理想，主要原因是在实现状态之间的转换时，检查转换条件和进行状态转换都是混杂在当前状态中来完成的。例如，当城门处于Opened状态时，需要在相应的case中调用closeDoor()函数来检查是否有必要进行状态转换，如果是的话则还需要调用changeState()函数将当前状态切换到Closed。显然，如果在每种状态下都需要分别检查多个不同的转换条件，并且需要根据检查结果让状态机切换到不同的状态，那么这样的代码将是枯燥而难懂的。从代码重构的角度来讲，此时更好的做法是引入checkStateChange()和performStateChange()两个函数，专门用来对转换条件进行检查，以及激活转换时所需要执行的各种动作。这样一来，程序结构将变得更加清晰：

　　switch (state)　{
　　
　　　// 处理状态Opened的分支
　　　case (Opened): {
　　　　// 执行动作Open
　　　　open();
　　　　// 检查是否有激发状态转换的事件产生
　　　　if (checkStateChange()) {
　　　　　// 对状态机的状态进行转换
　　　　　performStateChange();
　　　　}
　　　　break;
　　　}
　　
　　　// 处理状态Closed的分支
　　　case (Closed): {
　　　　// 执行动作Close
　　　　close();
　　　　// 检查是否有激发状态转换的事件产生
　　　　if (checkStateChange()) {
　　　　　// 对状态机的状态进行转换
　　　　　performStateChange();
　　　　}
　　　　break;
　　　}
　　
　　　// 处理状态Locked的分支
　　　case (Locked): {
　　　　// 执行动作Lock
　　　　lock();
　　　　// 检查是否有激发状态转换的事件产生
　　　　if (checkStateChange()) {
　　　　　// 对状态机的状态进行转换
　　　　　performStateChange();
　　　　}
　　　　break;
　　　}
　　
　　　// 处理状态Unlocked的分支
　　　case (Unlocked): {
　　　　// 执行动作Lock
　　　　unlock();
　　　　// 检查是否有激发状态转换的事件产生
　　　　if (checkStateChange()) {
　　　　　// 对状态机的状态进行转换
　　　　　performStateChange();
　　　　}
　　　　break;
　　　}
　　
　　}

但checkStateChange()和performStateChange()这两个函数本身依然会在面对很复杂的状态机时，内部逻辑变得异常臃肿，甚至可能是难以实现。

在很长一段时期内，使用switch语句一直是实现有限状态机的唯一方法，甚至像编译器这样复杂的软件系统，大部分也都直接采用这种实现方式。但之后随着状态机应用的逐渐深入，构造出来的状态机越来越复杂，这种方法也开始面临各种严峻的考验，其中最令人头痛的是如果状态机中的状态非常多，或者状态之间的转换关系异常复杂，那么简单地使用switch语句构造出来的状态机将是不可维护的。

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