免费的网页设计成品详解_天眼查在线查询企业信息查询_推广是做什么工作的_四川自助seo建站

在 C++ 中，状态机是一种设计模式，用于管理对象的状态及其状态之间的转换。它常用于系统中状态复杂且有多个状态切换的场景，如嵌入式系统、游戏开发、协议解析等。状态机可以帮助你更好地组织代码，简化状态切换的逻辑和维护。

1. 基本概念

状态 (State): 系统在某一时刻的情况或模式。每个状态都有特定的行为。
事件 (Event): 引发状态切换的触发因素。事件可能来自外部输入、定时器或系统内其他操作。
状态转换 (Transition): 当某个事件发生时，系统从一个状态切换到另一个状态。
状态动作 (Action): 状态切换时，或进入/退出某一状态时执行的特定行为。

2. 状态机的分类

有限状态机 (FSM, Finite State Machine): 只包含有限数量的状态和转换。
- Mealy 状态机: 动作依赖于状态和输入。
- Moore 状态机: 动作仅依赖于当前状态。
层次状态机 (Hierarchical State Machine): 状态可以嵌套在其他状态之中，通常用于更复杂的系统。

3. 状态机的设计步骤

确定状态: 列出系统可能处于的所有状态。
定义事件: 列出哪些事件会引发状态之间的转换。
建立状态转换表: 描述当一个事件发生时，系统如何从一个状态转换到另一个状态。
实现状态机: 编写代码来表示状态、事件和转换。

4. C++ 中的状态机实现

示例 1: 简单的有限状态机 (FSM)

#include <iostream>
#include <string>

// 定义可能的状态
enum class State {
Idle, // 空闲状态
Running, // 运行状态
Stopped // 停止状态
};

// 定义可能的事件
enum class Event {
Start, // 启动事件
Stop, // 停止事件
Reset // 重置事件
};

// 状态机类
class StateMachine {
private:
State currentState;

public:
StateMachine() : currentState(State::Idle) {} // 初始状态为 Idle

// 处理事件并切换状态
void handleEvent(Event event) {
switch (currentState) {
case State::Idle:
if (event == Event::Start) {
currentState = State::Running;
std::cout << "State changed to Running\n";
}
break;

case State::Running:
if (event == Event::Stop) {
currentState = State::Stopped;
std::cout << "State changed to Stopped\n";
}
break;

case State::Stopped:
if (event == Event::Reset) {
currentState = State::Idle;
std::cout << "State changed to Idle\n";
}
break;
}
}
};

int main() {
StateMachine machine;

machine.handleEvent(Event::Start); // Idle -> Running
machine.handleEvent(Event::Stop); // Running -> Stopped
machine.handleEvent(Event::Reset); // Stopped -> Idle

return 0;
}

代码解释：

我们定义了三个状态 Idle、Running、Stopped 和三个事件 Start、Stop、Reset。
StateMachine 类负责管理当前状态并根据事件处理状态转换。
handleEvent() 方法根据当前状态和事件来执行相应的状态切换。

示例 2: 使用基类和派生类的状态模式

这种方法通过面向对象的设计来实现状态机，其中每个状态可以是一个独立的类。

#include <iostream>
#include <memory>

// 前向声明状态类
class State;
class Context;

// 上下文类
class Context {
private:
std::shared_ptr<State> currentState; // 当前状态

public:
Context(std::shared_ptr<State> state) : currentState(state) {}

void setState(std::shared_ptr<State> state) {
currentState = state;
}

void request(); // 请求当前状态处理
};

// 状态基类
class State {
public:
virtual void handle(Context& context) = 0; // 处理函数，纯虚函数
};

// 具体状态类1: 空闲状态
class IdleState : public State {
public:
void handle(Context& context) override;
};

void IdleState::handle(Context& context) {
std::cout << "IdleState: Switching to RunningState.\n";
// 切换到 Running 状态
context.setState(std::make_shared<RunningState>());
}

// 具体状态类2: 运行状态
class RunningState : public State {
public:
void handle(Context& context) override;
};

void RunningState::handle(Context& context) {
std::cout << "RunningState: Switching to StoppedState.\n";
// 切换到 Stopped 状态
context.setState(std::make_shared<StoppedState>());
}

// 具体状态类3: 停止状态
class StoppedState : public State {
public:
void handle(Context& context) override;
};

void StoppedState::handle(Context& context) {
std::cout << "StoppedState: Switching to IdleState.\n";
// 切换回 Idle 状态
context.setState(std::make_shared<IdleState>());
}

// 上下文类的方法定义
void Context::request() {
currentState->handle(*this);
}

int main() {
// 初始状态为 Idle
Context context(std::make_shared<IdleState>());

context.request(); // Idle -> Running
context.request(); // Running -> Stopped
context.request(); // Stopped -> Idle