專利名稱：：一種高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的方法，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)具有高效率，且便于維護(hù)的有限狀態(tài)機(jī)的方法，屬于計(jì)算機(jī)編譯
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：有限自動(dòng)機(jī)(FiniteAutomataMachine)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要基石，它在軟件開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)通常被稱作有限狀態(tài)機(jī)(FiniteStateMachine)，是一種應(yīng)用非常廣泛的軟件設(shè)計(jì)模式(DesignPattern)。有限狀態(tài)機(jī)是一種用來進(jìn)行對(duì)象行為建模的工具，其作用主要是描述對(duì)象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)來自外界的各種事件。與其他常用的設(shè)計(jì)模式有所不同，程序員要想在自己的軟件中加入有限狀態(tài)機(jī)時(shí)，必須再額外編寫一部分用于邏輯控制的代碼，如果系統(tǒng)足夠復(fù)雜的話，這部分代碼的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)相當(dāng)困難。目前在實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)時(shí)，常見的方法有以下兩種方法一使用switch-case語句。這是最簡(jiǎn)單也是最直接的一種方式，其基本思路是為狀態(tài)機(jī)中的每一種狀態(tài)都設(shè)置一個(gè)case分支，專門用于對(duì)該狀態(tài)進(jìn)行控制。使用switch-case語句實(shí)現(xiàn)的有限狀態(tài)機(jī)能夠很好地工作，但代碼的可讀性并不十分理想，主要原因是在實(shí)現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，檢查轉(zhuǎn)換條件和進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換都是混雜在當(dāng)前狀態(tài)中完成的。顯然，如果在每種狀態(tài)下都需要分別檢查多個(gè)不同的轉(zhuǎn)換條件，并且需要根據(jù)檢查結(jié)果讓狀態(tài)機(jī)切換到不同的狀態(tài)，那么這樣的代碼將是枯燥而難懂的。在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，使用switch-case語句一直是實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的唯一方法，甚至像編譯器這樣復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，大部分也都直接采用這種實(shí)現(xiàn)方式。但隨著狀態(tài)機(jī)應(yīng)用的逐漸深入，構(gòu)造出來的狀態(tài)機(jī)越來越復(fù)雜，這種方法也開始面臨各種嚴(yán)峻的考驗(yàn)，其中最令人頭痛的是，如果狀態(tài)機(jī)中的狀態(tài)非常多，或者狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系異常復(fù)雜，那么簡(jiǎn)單地使用switch-case語句構(gòu)造出來的狀態(tài)機(jī)將是不可維護(hù)的。方法二使用函數(shù)指針數(shù)組。因?yàn)橛邢逘顟B(tài)機(jī)本質(zhì)上就是一個(gè)“狀態(tài)-事件”二維矩陣問題，因此在實(shí)現(xiàn)上可以采用二維函數(shù)指針數(shù)組的方法，形如(*processs)()process_function[state][event]的形式。這種方法的缺陷是event(事件)的編號(hào)必須從0開始連續(xù)編號(hào)，如果某個(gè)狀態(tài)下增加一個(gè)事件，其它狀態(tài)即使不需要考慮這個(gè)事件，也需要增加相應(yīng)的處理，以保證矩陣的完整性。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度時(shí)維護(hù)性就很差，甚至不可維護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種新的實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的方法。該方法實(shí)現(xiàn)的有限狀態(tài)機(jī)既能保證高效，又簡(jiǎn)單易維護(hù)，并且可適用于任何系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案一種高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于將有限狀態(tài)機(jī)中狀態(tài)與事件之間的關(guān)系分為兩層，第一層為狀態(tài)值的索引，第二層為每一狀態(tài)下需要處理的事件和該事件相應(yīng)的處理函數(shù)；通過所述第一層的狀態(tài)值索引，搜索是否有需要處理的事件，若有，則進(jìn)入第二層，獲得與所述需要處理的事件相應(yīng)的處理函數(shù)；若沒有，則執(zhí)行返回語句或輸出提示信息。所述第一層中，以當(dāng)前狀態(tài)值為索引建立一級(jí)表“狀態(tài)—事件跳轉(zhuǎn)表”。所述“狀態(tài)—事件跳轉(zhuǎn)表”中，數(shù)組下標(biāo)為狀態(tài)編號(hào)，編號(hào)從0開始。所述第二層中，為每一個(gè)狀態(tài)分別建立二級(jí)表“狀態(tài)—事件處理表”。所述“狀態(tài)—事件處理表”中，對(duì)不同的事件和相應(yīng)的處理函數(shù)加以編號(hào)，所述編號(hào)為任意編號(hào)。各所述“狀態(tài)—事件處理表”之間互不影響。所述“狀態(tài)—事件處理表”中，以0xFFFF作為結(jié)束標(biāo)志。本發(fā)明采用二級(jí)表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效易維護(hù)的有限狀態(tài)機(jī)，一級(jí)表是“狀態(tài)—事件跳轉(zhuǎn)表”，二級(jí)表是“狀態(tài)—事件處理表”。采用查表方式，實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)—事件”處理。這樣實(shí)現(xiàn)的有限狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)清晰，既高效又簡(jiǎn)單易維護(hù)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明所述方法的實(shí)施示意圖。具體實(shí)施例方式作為計(jì)算機(jī)編譯領(lǐng)域的公知常識(shí)，有限狀態(tài)機(jī)分為兩種基本形態(tài)，分別是不確定性有限狀態(tài)機(jī)(NFA)和確定性有限狀態(tài)機(jī)(DFA)。不確定性有限狀態(tài)機(jī)NFAM是一個(gè)五元式M＝(Q，Vt∪{ε}，δ，q0，F(xiàn))，其中Q有窮狀態(tài)集合；Vt∪{ε}輸入事件表與空串所組成的集合之和。即狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)中的變量可以是輸入事件表中的事件，也可以是空串ε；δ狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)，為Q×Vt∪{ε}-＞2Q，其中2Q為Q的冪集；q0開始狀態(tài)F終止?fàn)顟B(tài)集，F(xiàn)Q確定性有限狀態(tài)機(jī)M’是一個(gè)五元式M’＝{Q，Vt，δ，q0，F(xiàn)}，其中Q有窮狀態(tài)集合；Vt輸入事件表；δ狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)，為Q×Vt-＞Q的映射；q0開始狀態(tài)，q0∈Q；F終止?fàn)顟B(tài)集，F(xiàn)Q.函數(shù)δ定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換，用δ(q，a)＝p表示，其中，q、p∈Q，a∈Vt。δ指示當(dāng)狀態(tài)機(jī)處于狀態(tài)q，且a是下一個(gè)輸入字符時(shí)，狀態(tài)機(jī)狀態(tài)將由q變成p。所謂確定有限狀態(tài)機(jī)是指該狀態(tài)機(jī)只有一個(gè)開始狀態(tài)q0，且δ是單值函數(shù)。不確定性有限狀態(tài)機(jī)(NFA)和確定性有限狀態(tài)機(jī)(DFA)的主要區(qū)別在于狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)不一樣。NFA對(duì)同一個(gè)字符串輸入完全有可能有多種理解方式，而DFA則只有唯一的一種理解方式。作為形式語言的基本常識(shí)，不確定性有限狀態(tài)機(jī)和確定性有限狀態(tài)機(jī)在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的，可以相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的方法可以采用現(xiàn)在廣泛采用的子集化算法。本發(fā)明所述的實(shí)現(xiàn)高效、易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的方法的核心思想在于將原有單層邏輯結(jié)構(gòu)的有限狀態(tài)機(jī)加以分解，使原有單層次的“狀態(tài)”—“事件”關(guān)系分為兩層，即用二級(jí)表結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)。其中，以有窮狀態(tài)集合Q中的當(dāng)前狀態(tài)值為索引建立一級(jí)表—“狀態(tài)—事件跳轉(zhuǎn)表”；以每個(gè)狀態(tài)的事件號(hào)和相關(guān)的處理函數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建二級(jí)表—“狀態(tài)—事件處理表”。參照?qǐng)D1所示，在有限狀態(tài)機(jī)中，采用查表方式實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)—事件”處理。若表中有需要處理的事件，則跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理函數(shù)；若沒有，則跳轉(zhuǎn)到默認(rèn)處理函數(shù)。該默認(rèn)處理函數(shù)執(zhí)行返回語句或輸出適當(dāng)?shù)奶崾拘畔ⅰ榇?，作為本方法的第一步是定義有限狀態(tài)機(jī)的結(jié)構(gòu)。其具體的內(nèi)容主要包括事件編號(hào)和相應(yīng)的處理函數(shù)。實(shí)現(xiàn)這一步的偽代碼如下所示//狀態(tài)機(jī)定義typedefstruct{unsignedintevent；//事件編號(hào)void(*process_func)()；//處理函數(shù)}STATE_MC；作為下一步，需要進(jìn)一步定義每個(gè)狀態(tài)的“狀態(tài)—事件處理表”。“狀態(tài)—事件處理表”具體包括該狀態(tài)下需要處理的事件和該事件相應(yīng)的處理函數(shù)。在“狀態(tài)—事件處理表”中，事件號(hào)可以隨意編號(hào)，表項(xiàng)可以任意增刪，不同表之間互不影響。作為一個(gè)實(shí)施例，處理表以0xFFFF作為結(jié)束標(biāo)志，對(duì)應(yīng)著默認(rèn)處理函數(shù)。該結(jié)束標(biāo)志也可以采用其它的字符來表示。實(shí)現(xiàn)本步驟的偽代碼如下所示//各個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)-事件處理表//state0STATE_MCstate_0[]＝{{event_1，st0_event_1_process}，//狀態(tài)0下對(duì)事件1的處理，處理函數(shù)st0_event1_process{event_2，st0_event2_process}，//狀態(tài)0下對(duì)事件2的處理，處理函數(shù)st0_event2_process……{0xFFFF，st0_default_process}//默認(rèn)處理}；//state1STATE_MCstate_1[]＝{{event_1，st1_event1_process}，//狀態(tài)1下對(duì)事件1的處理，處理函數(shù)st1_event1_process{event_2，st1_event2_process}，//狀態(tài)1下對(duì)事件2的處理，處理函數(shù)st1_event2_process……{0xFFFF，st1_default_process}//默認(rèn)處理}；……//statenSTATE_MCstate_n[]＝{{event_1，stn_event1_process}，//狀態(tài)n下對(duì)事件1的處理，處理函數(shù)stn_event1_process{event_2，stn_event2_process}，//狀態(tài)n下對(duì)事件2的處理，處理函數(shù)stn_event2_process……{0xFFFF，stn_default_process}//默認(rèn)處理}；第三步是定義“狀態(tài)—事件跳轉(zhuǎn)表”。該表的數(shù)組下標(biāo)為狀態(tài)編號(hào)，編號(hào)從0開始。其成員為每個(gè)狀態(tài)的“狀態(tài)—事件處理表”地址。實(shí)現(xiàn)這一步的偽代碼如下所示//狀態(tài)-事件跳轉(zhuǎn)表//state-eventjumptableSTATE_MC*jump[MAX_STATE]＝{state_0，state_1，……，state_n}；第四步是定義有限狀態(tài)機(jī)入口函數(shù)。這個(gè)入口函數(shù)實(shí)際上就是一個(gè)查表函數(shù)，首先以當(dāng)前狀態(tài)值為索引得到“狀態(tài)—事件處理表”入口，搜索表中是否有需要處理的事件，若有，則跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理函數(shù)；若沒有，則跳轉(zhuǎn)到默認(rèn)處理函數(shù)。這一步驟的偽碼如下所示//有限狀態(tài)機(jī)入口函數(shù)voidevent_process(unsignedintCurState，unsignedintEventNo){STATE_M*base；//查表，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)函數(shù)base＝j(luò)ump[CurState]；while((base->event?。紼ventNo)&&(base->event！＝0xFFFF))base++；base->processfunc()；return；}至此，完整地實(shí)現(xiàn)了一種新的實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)的方法。用這種方法實(shí)現(xiàn)的有限狀態(tài)機(jī)，維護(hù)工作變得非常簡(jiǎn)單。該維護(hù)工作主要是根據(jù)實(shí)際需要，維護(hù)一張“狀態(tài)—事件處理表”，查表程序做好之后可以一勞永逸?！盃顟B(tài)—事件處理表”的大小由實(shí)際應(yīng)用決定，某狀態(tài)下如果需要處理某事件，則增加一項(xiàng)；如果不需要處理，則不用考慮?！盃顟B(tài)—事件處理表”中，事件號(hào)可以隨意編號(hào)，表項(xiàng)可以任意增刪，不同表之間互不影響。以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但顯然本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)形式并不局限于此。對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的一般技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明所述方法的精神和權(quán)利要求范圍的情況下對(duì)它進(jìn)行的各種顯而易見的改變都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于將有限狀態(tài)機(jī)中狀態(tài)與事件之間的關(guān)系分為兩層，第一層為狀態(tài)值的索引，第二層為每一狀態(tài)下需要處理的事件和該事件相應(yīng)的處理函數(shù)；通過所述第一層的狀態(tài)值索引，搜索是否有需要處理的事件，若有，則進(jìn)入第二層，獲得與所述需要處理的事件相應(yīng)的處理函數(shù)；若沒有，則執(zhí)行返回語句或輸出提示信息。2.如權(quán)利要求1所述的高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述第一層中，以當(dāng)前狀態(tài)值為索引建立一級(jí)表“狀態(tài)-事件跳轉(zhuǎn)表”。3.如權(quán)利要求2所述的高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述“狀態(tài)-事件跳轉(zhuǎn)表”中，數(shù)組下標(biāo)為狀態(tài)編號(hào)，編號(hào)從0開始。4.如權(quán)利要求1所述的高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述第二層中，為每一個(gè)狀態(tài)分別建立二級(jí)表“狀態(tài)-事件處理表”。5.如權(quán)利要求4所述的高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述“狀態(tài)-事件處理表”中，對(duì)不同的事件和相應(yīng)的處理函數(shù)加以編號(hào)，所述編號(hào)為任意編號(hào)。6.如權(quán)利要求4所述的高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于各所述“狀態(tài)-事件處理表”之間互不影響。7.如權(quán)利要求4所述的高效易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述“狀態(tài)-事件處理表”中，以0xFFFF作為結(jié)束標(biāo)志。全文摘要本發(fā)明涉及一種高效、易維護(hù)有限狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法。該方法采用二級(jí)表結(jié)構(gòu)，一級(jí)表是“狀態(tài)－事件跳轉(zhuǎn)表”，二級(jí)表是“狀態(tài)－事件處理表”。采用查表方式，實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)－事件”處理。若表中有需要處理的事件，則跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理函數(shù)；若沒有，則跳轉(zhuǎn)到默認(rèn)的處理函數(shù)?！盃顟B(tài)－事件處理表”中，事件號(hào)可以隨意編號(hào)，表項(xiàng)可以任意增刪，不同表之間互不影響。文檔編號(hào)G06F9/45GK1815448SQ20051004887公開日2006年8月9日申請(qǐng)日期2005年12月31日優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日發(fā)明者于連慶申請(qǐng)人:北京佳訊飛鴻電氣有限責(zé)任公司