有限状态机的设计与实现

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有限状态机
的设计与实现
目录
1.ABSTRACT (3)
2.设计与实现 (3)
2.1面向过程方法 (3)
2.2使用有限状态机FSM的方法 (3)
2.3使用跳转表（STATE TRANSITION TABLE）的方式 (6)
3.REFERENCES (7)
1. Abstract
有限状态机是一种用来进行对象行为建模的工具，其作用主要是描述对象在它的生命周期内所经理的状态序列，以及如何响应来自外界的各种事件。

在面向对象的软件系统中，一个对象无论是简单还是复杂，都必然会经历一个从开始创建到最终消亡的完整过程，这通常被成为对象的生命周期。

2. 设计与实现
考虑我们实现一个程序从标准输入读取一行数据，并打印此行的第一个词。

首先我们需要忽略刚开始输入的空格，然后读取第一个词的字符到结束，在第一个词结束后，忽略其他的字符。

2.1面向过程方法
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int c;
do{
c = getchar();
while(c == ' '){
c = getchar();
}
while(c != EOF && c != ' ' && c != '\n'){
putchar(c);
c = getchar();
}
putchar('\n');
while(c!=EOF && c!='\n')
c = getchar();
}while(c != EOF);
return 0;
}
2.2使用有限状态机FSM的方法
这个问题也可以使用有限状态机来实现。

解析一行文字的时候有三个状态:忽略开始的空格，打印第一个单词和忽略剩下的单词。

我们使用一个枚举变量STATE的三个状态来表示:BEFORE,INSIDE和AFTER,代码看起来像:
上图中N代表回车符，也就是一行的结束，S代表空格，A代表其他的字符。

#include <stdio.h>
typedef enum
{
B EFORE,
I NSIDE,
A FTER
} STATE;
int main(int argc, char *argv[])
{
i nt c;
S TATE state = BEFORE;
w hile((c = getchar()) != EOF) {
switch(state){
case BEFORE:
if(c == '\n'){
putchar('\n');
}else if( c != ' '){
putchar(c);
state = INSIDE;
}
break;
case INSIDE:
switch(c) {
case ' ': state = AFTER; break;
case '\n':
putchar('\n');
state = BEFORE;
break;
default: putchar(c);
}
break;
case AFTER:
if(c == '\n'){
putchar('\n');
state = BEFORE;
}
break;
}
}
r eturn 0;
}
上面这段程序的好处在只有一个地方调用读取的函数(getchar),并且只有一个循环。

注意上面的这部分代码可以简化，因为对回车符的处理都是一样的，所以代码可以简化为: #include <stdio.h>
typedef enum{
BEFORE,
INSIDE,
AFTER
}STATE;
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
STATE state = BEFORE;
while((c = getchar()) != EOF){
if(c == '\n'){
putchar('\n');
state = BEFORE;
}else{
switch(state){
case BEFORE:
if(c != ' ' ){
putchar(c);
state = INSIDE;
}
break;
case INSIDE:
if(c == ' ' ){
state = AFTER;
}else {
putchar(c);
}
break;
case AFTER:
break;
}
}
}
return 0;
}
2.3使用跳转表（state transition table）的方式
在下面的程序中有一个数组the_table,定义了状态跳转表。

跳转表的行代表了3个状态，跳转表的列代表了输入的字符传（第一个是空格，第二个是结束，最后一个是其他的字符。

状态跳转表是二维数组，横坐标表示当前状态，纵坐标表示输入。

#include <stdio.h>
typedef enum{
BEFORE,
INSIDE,
AFTER
}STATE;
struct branch{
STATE new_state:2;
int should_putchar:1;
};
struct branch the_table[3][3] = {
/* ' ' '\n' others */
/* before */ { {BEFORE,0}, {BEFORE,1}, {INSIDE,1} },
/* inside */ { {AFTER, 0}, {BEFORE,1}, {INSIDE,1} },
/* after */ { {AFTER, 0}, {BEFORE,1}, {AFTER, 0} }
};
void step(STATE *state, int c)
{
int idx2 = (c == ' ') ? 0 : (c == '\n') ? 1 : 2;
struct branch *b = & the_table[*state][idx2];
*state = b->new_state;
if(b->should_putchar) putchar(c);
}
int main(void)
{
int c;
STATE state = BEFORE;
while((c = getchar()) != EOF)
step(&state, c);
return 0;
}
3. References
[1].Reference 1。