C++与C中的状态图继承和精化技术

背景简介

在软件工程中，状态机是一个重要的概念，尤其在处理具有多个状态和转换的系统时。本书的第26章通过C++和C语言的例子，深入讲解了如何实现状态图的继承和精化，以及如何在不同编程范式中处理状态行为的继承问题。

C++中的状态图继承和精化

在C++中，继承和多态是面向对象编程的核心特性。C++通过虚函数和指针到成员函数的概念，允许开发者在继承的状态模型中添加或修改行为。

状态图的精化

在C++中，通过对基类的继承和状态处理程序的重写，可以轻松地对状态机进行精化。例如，通过继承 Calc1 类， Calc2 类重写了 operand2() 状态处理程序来处理特定信号（如PERCENT），而其他信号仍然委托给原始的 Calc1::operand2() 处理程序。这种精化使得状态机的行为更加灵活，并且能够根据特定的状态或信号作出不同的响应。

多态行为的实现

C++中的多态行为通过虚函数实现。即使状态处理程序返回指向基类方法的指针，当子类继承这些方法时，仍然可以多态地表现。这是因为C++编译器在处理虚函数时，会存储额外的信息以支持后期绑定，使得即使是通过基类指针调用方法时，也能够调用到正确的对象实例的方法。

C语言中的状态图继承和精化

与C++不同，C语言不直接支持面向对象编程的特性，包括多态。因此，需要开发者手动实现类似的功能。

“C+”技术介绍

“C+”是一种实现C语言中面向对象特性的技术，它包括了一系列的惯用法和预处理器宏。通过这种技术，可以手动实现类似于C++的虚函数表和多态行为。

状态机的“C+”实现

为了在C语言中实现类似C++的多态行为，首先需要创建一个能够支持多态的反应式基类 Calc1 。这个基类需要有一个虚函数表，其中包含了所有可能多态调用的方法。然后，通过初始化这个虚函数表，并在类的构造函数中挂钩虚指针，来实现多态行为。

继承和精化

在创建了支持多态的基类之后，通过继承这个基类并实现特定的状态处理程序，可以轻松地实现状态机的继承和精化。这与C++中的做法类似，但是需要开发者手动进行一些操作，比如通过虚函数表来动态解析方法。

总结与启发

通过本章的学习，我们了解了如何在C++和C语言中实现状态机的继承和精化。C++通过其内建的多态性，使得继承和精化变得简单和直观。而在C语言中，则需要通过特定的技术来模拟这种多态行为，这虽然增加了复杂性，但也提供了更大的灵活性和控制力。

这两种方法都有其优缺点。C++的自动多态性使得代码更加简洁，而C语言的“C+”技术虽然复杂，但在某些特定的环境下，例如嵌入式系统开发，可能会提供更好的性能和资源利用。

希望本文能够为那些在不同编程语言中探索状态机继承和精化的读者提供一些有价值的见解和启发。