17、C++ 状态机编程：原理、实现与优化

C++ 状态机编程：原理、实现与优化

1. C++ 成员函数指针的挑战

在 C++ 状态处理函数中，通常会使用本类类型的 “me” 指针来访问状态机的数据成员和成员函数。这是因为状态处理函数是 QHsm 子类（如计算器状态机类 Calc）的静态成员。

一种更优雅的替代方案是将状态处理函数设为常规的非静态类成员，这样就能通过隐式的 “this” 指针更自然地访问类成员。早期的 QEP/C++ 版本就采用了这种方案，但在实践中却出现了问题。虽然该版本以相当标准的方式使用成员函数指针，但嵌入式开发者反馈，这种优雅的方法要么性能极差，要么根本无法工作。例如，一些嵌入式 C++ 编译器解引用成员函数指针需要 30 多条机器指令，而解引用普通函数指针只需三条。

许多 C++ 编译器由于受多重继承和虚拟基类等语言特性的干扰，对成员函数指针的支持不佳。像 MFC 这样广泛使用的重要框架，实际上也以非标准的方式使用成员函数指针，绕过了正常的 C++ 类型检查。

为避免效率低下和可移植性问题，当前的 QEP C++ 版本不使用成员函数指针，而是使用指向静态成员函数的普通函数指针。静态类成员所需的显式 “me” 指针，与面向对象状态设计模式所需的 “context” 指针作用相同。

2. 分层状态机类

分层状态机类（Hierarchical State Machine Class）是 QEP 设计的核心元素，它负责跟踪当前的活动状态。状态变量是一个指向之前定义的状态处理函数 QStateHandler 的指针。QHsm 类还提供了标准的状态机接口函数 init() 和 dispatch()，以及构造函数和顶级状态处理函数。

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