状态机实现与行为继承的探索-优快云博客

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背景简介

在软件工程领域，特别是在嵌入式系统和实时应用程序开发中，层次状态机（Hierarchical State Machines, HSMs）被广泛使用以管理复杂系统的动态行为。在本书的第四章和第五章中，作者详细介绍了如何在C++和C中实现HSMs，并通过行为继承元模式优化其结构。本篇博客将重点讨论这些章节内容，探索HSMs实现的细节、潜在陷阱以及如何利用行为继承来构建灵活且可维护的状态机。

实现行为继承的陷阱与注意事项

在实现行为继承时，开发者必须遵守一系列规则以确保状态机的正确性。例如，状态转换的拓扑结构必须是静态的，这意味着状态转换在编译时就已经确定，运行时不应随意修改。这与面向对象编程（OOP）中的类层次结构类似，在一般编程中，这对应于代码不会修改自身的假设。

一个常见的错误是状态处理程序在运行时改变转换目标，这会导致状态转换拓扑的动态变化，从而违反了静态状态转换的假设。例如，使用宏 Q_TRAN() 时，若在其中包含条件判断来选择不同的目标状态，会导致只有第一个评估条件被记录下来，后续的条件判断将不再起作用。

// 错误示例
QState MyHsm::stateA(QEvent const *e) {
    switch (e->sig) {
    case MYSIG1_SIG:
        Q_TRAN((...) ? (QState)stateB : (QState)stateC);
    ...
    }
    return (QState)top;
}

正确的方式应该是使用两个或更多的静态定义的转换，如下面的代码所示：

QState MyHsm::stateA(QEvent const *e) {
    switch (e->sig) {
    case MYSIG1_SIG:
        if (...)
            Q_TRAN(stateB);
        else
            Q_TRAN(stateC);
        return 0;
    ...
    }
    return (QState)top;
}

状态模式的引入与实现

在第五章中，作者引入了状态模式的概念，这是一种被OO设计师广泛接受的解决重复问题的方法。状态模式强调如何有效地组织状态、事件和转换，它具有五个核心元素：模式名称、问题、解决方案、示例代码和后果。状态模式的目标是通过行为继承来重用行为，而不是依赖于正交区域的概念。

作者提供了一个包含五种基本状态模式的目录，每个模式都附有具体的代码示例和可执行代码，以便于读者理解并评估该模式。例如，'Ultimate Hook' 模式提供了处理事件的通用设施和政策，同时允许客户端覆盖和专门化系统行为的每一个方面。

// Ultimate Hook 模式的伪代码示例
void UltimateHook::handleEvent(QEvent* event) {
    // 提供默认的事件处理逻辑
    defaultHandleEvent(event);
    // 允许客户端覆盖事件处理逻辑
    clientHandleEvent(event);
}