FSM设计方法解析：从C Parser到HSM概念

"FSM设计方法-arm+mcu开发工具mdk使用入门" 本文将探讨有限状态机（FSM）的设计方法，并通过实例介绍如何在C语言编程中应用FSM进行软件设计，特别是在ARM和MCU开发工具MDK的环境下。FSM是一种强大的设计模式，广泛用于处理具有多个离散状态和事件驱动的系统。 ### FSM概念 **FSM定义**： 有限状态机是一种数学模型，由一组状态、事件、转移条件和动作组成，用来描述系统在不同条件下的行为。每个状态都有一个或多个输入事件，根据这些事件和预定义的转移条件，系统会从一个状态转换到另一个状态。 **FSM要素**： 1. **State（状态）**：系统可能存在的各种情况。 2. **Guard（条件）**：决定是否允许从一个状态转移到另一个状态的逻辑条件。 3. **Event（事件）**：触发状态转移的外部或内部信号。 4. **Action（动作）**：在状态转移时执行的函数或操作。 5. **Transition（迁移）**：在满足特定条件时，系统从一个状态移动到另一个状态的过程。 ### FSM设计方法 以C语言的注释解析程序为例，我们设计一个能统计.C文件中C风格注释字符（/*...*/）个数的程序： 1. **事件定义**：识别输入字符的类型，如CHAR（除斜杠和星号外的字符）、SLASH（斜杠）和STAR（星号）。 2. **初始状态**：设定初始状态为code状态，表示正在处理非注释代码。 3. **状态转移**： - 在code状态，遇到CHAR或STAR，仍保持code状态；遇到SLASH，转至slash状态。 - 在slash状态，若后续输入是STAR，进入comment状态，表示开始注释；否则，返回code状态。 - 在comment状态，处理注释内部的字符，直到遇到STAR和SLASH组合，回到code状态。 - star状态类似slash状态，用于处理结束注释的/*...*/组合。 ### HSM概念 **Hierarchical State Machine (HSM)** 是一种更高级的状态机模型，支持分层结构，允许更复杂的行为描述。 1. **programming-by-difference**：通过定义子状态来专注于不同状态之间的差异，而不是重复相同的代码。 2. **HSM图示**：通过图形化方式展示状态层次结构，帮助理解和设计。 3. **HSM与OOP结合**： - **状态继承和类继承**：状态层次结构可以映射到类继承结构，使得状态之间的公共行为得以复用。 - **进入/退出动作**：在进入或退出状态时执行特定操作，对应于类的构造和析构过程。 - **按照差异编程**：通过子状态的定义，强调状态间的区别，简化代码。 - **抽象**：通过抽象状态，可以更好地封装和组织状态机的复杂性。 ### HSM设计方法 在设计复杂的系统时，如计算器程序，可以利用HSM的继承关系来构建不同级别的操作，确保代码的清晰性和可维护性。在设计过程中，要关注状态之间的转换逻辑是否符合Liskov替换原则（LSP），以保证程序的正确性和扩展性。 通过理解并应用FSM和HSM设计方法，开发者可以在嵌入式系统、软件工程等领域创建高效、模块化的程序，尤其是在处理事件驱动和状态变化的场景下，如ARM和MCU的程序设计。使用开发工具如MDK，结合FSM和HSM理论，可以更好地管理和控制软件的复杂性，提高代码质量和可读性。