基于表驱动的状态机设计与实现-state_machine

        在嵌入式开发中，状态机（State Machine, FSM）是一种非常常见且实用的设计模式。
无论是 业务逻辑实现、通信交互还是任务调度，几乎都离不开状态机。传统写法通常是 if/else 或 switch/case，但当状态和事件多起来时，代码会变得 臃肿难维护。本文将介绍一种 表驱动状态机 的实现方式，清晰、优雅、易扩展。

        

1.表驱动状态机原理

1.1. 传统实现方式

switch (state) {
    case STATE_OFF:
        if (event == EVT_PRESS) state = STATE_ON;
        break;
    case STATE_ON:
        if (event == EVT_PRESS) state = STATE_BLINK;
        break;
    case STATE_BLINK:
        if (event == EVT_PRESS) state = STATE_OFF;
        break;
}

这种实现方式，状态较多时不易于维护，耦合度比较高。

1.2 表驱动思想

表驱动状态机用一张表集中描述逻辑：

当前状态	事件	下一个状态	动作函数
STATE_OFF	EVT_PRESS	STATE_ON	entry_on()
STATE_ON	EVT_PRESS	STATE_BLINK	entry_blink()
STATE_BLINK	EVT_PRESS	STATE_OFF	entry_off()
STATE_ANY	EVT_ON	STATE_ON	entry_on()
STATE_ANY	EVT_OFF	STATE_OFF	entry_off()

再写一个 通用执行器，遍历表格，找到匹配规则，完成状态迁移。这样逻辑和代码解耦，简洁可扩展。

2. 核心代码框架

2.1. 迁移表结构

typedef struct {
    uint8_t  curState;      // 当前状态
    uint32_t evtMask;       // 事件掩码
    uint8_t  nextState;     // 下一个状态
    void   (*action)(void); // 动作函数
} Transition;

2.2. 执行器

void state_machine_step(uint8_t* pState, const Transition* tbl, uint8_t tn, uint32_t evt) {
    for (uint8_t i = 0; i < tn; i++) {
        const Transiton* t = &tbl[i];
        if ((*pState == t->curState || t->curState == STATE_ANY) && (evt & t->evtMask)) {
            *pState = t->nextState;
            if (t->action) t->action();
            break;
        }
    }
}

3. 简单示例

3.1 源码

#include "state_machine.h"

// 事件定义
typedef enum {
    EVT_PRESS = (1u << 0),
    EVT_OFF = (1u << 1),
    EVT_ON = (1u << 2),
} EvtBitMask;

// 状态定义
typedef enum {
    STATE_OFF = 1,
    STATE_ON,
    STATE_BLINK,
} LedState;

static void entry_off(void) {
    printf("LED OFF\n");
}
static void entry_on(void) {
    printf("LED ON\n");
}
static void entry_blink(void) {
    printf("LED BLINKING\n");
}

// 迁移表
static const Transition LED_TRANS[] = {
    {STATE_OFF, EVT_PRESS, STATE_ON, entry_on},
    {STATE_ON, EVT_PRESS, STATE_BLINK, entry_blink},
    {STATE_BLINK, EVT_PRESS, STATE_OFF, entry_off},
    {STATE_ANY, EVT_ON, STATE_ON, entry_on},
    {STATE_ANY, EVT_OFF, STATE_OFF, entry_off},
};

int main(void) {
    uint8_t ledState = STATE_ON;
    Evt evtSeq[] = {EVT_PRESS, EVT_PRESS, EVT_PRESS, EVT_OFF, EVT_ON, EVT_OFF};
    size_t n = sizeof(evtSeq) / sizeof(evtSeq[0]);
    for (size_t i = 0; i < n; i++) {
        state_machine_step(&ledState, LED_TRANS, sizeof(LED_TRANS) / sizeof(LED_TRANS[0]), evtSeq[i]);
    }
    return 0;
}

3.2 运行结果

LED BLINKING
LED OFF
LED ON
LED OFF
LED ON
LED OFF

4. 状态迁移图

        

5. 总结

• 表驱动状态机把复杂的逻辑集中到 迁移表，直观且易扩展

• 源码仓库 GitHub - embeded_state_machine