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c++怎么实现一个简单的有限状态机_c++有限状态机FSM的设计与实现

冰火之心

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发布时间:2025-10-29 19:48:02

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来源于php中文网

原创

答案:通过枚举定义状态与事件,使用映射表实现状态转移,结合进入/退出动作处理,构建可扩展的C++有限状态机。

c++怎么实现一个简单的有限状态机_c++有限状态机fsm的设计与实现

实现一个简单的有限状态机(Finite State Machine, FSM)在C++中可以通过类和状态转移表的方式完成。核心思路是将状态和事件抽象出来,通过映射关系决定状态如何迁移,并在进入或退出状态时执行相应动作。

定义状态与事件

首先明确系统有哪些状态和事件。比如设计一个简单的灯控系统:

  • 状态:关(OFF)、开(ON)
  • 事件:按下开关(TOGGLE)

可以用枚举来表示:

enum class State {
    OFF,
    ON
};

enum class Event {
    TOGGLE
};

设计状态机类

创建一个FSM类,维护当前状态,并提供处理事件的接口。状态转移逻辑可以放在一个查找表中。

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#include 
#include 

class LightFSM {
public:
    LightFSM() : currentState(State::OFF) {}

    void handleEvent(Event e) {
        auto it = transitions.find({currentState, e});
        if (it != transitions.end()) {
            State newState = it->second;
            exitAction(currentState);
            currentState = newState;
            entryAction(currentState);
        } else {
            std::cout << "No valid transition from current state for this event.\n";
        }
    }

private:
    State currentState;

    // 状态转移表:{当前状态, 事件} -> 下一状态
    std::map, State> transitions = {
        {{State::OFF, Event::TOGGLE}, State::ON},
        {{State::ON,  Event::TOGGLE}, State::OFF}
    };

    // 进入状态时的动作
    void entryAction(State s) {
        if (s == State::ON) {
            std::cout << "Light is ON.\n";
        } else if (s == State::OFF) {
            std::cout << "Light is OFF.\n";
        }
    }

    // 退出状态时的动作
    void exitAction(State s) {
        if (s == State::ON) {
            std::cout << "Turning light OFF...\n";
        }
    }
};

使用示例

在main函数中创建状态机实例并触发事件:

int main() {
    LightFSM light;
    
    light.handleEvent(Event::TOGGLE); // 输出:Turning light OFF... Light is ON.
    light.handleEvent(Event::TOGGLE); // 输出:Turning light OFF... Light is OFF.
    light.handleEvent(Event::TOGGLE); // 输出:Light is ON.

    return 0;
}

这个实现方式结构清晰,易于扩展。如果需要支持更多状态和事件,只需更新枚举和转移表。动作逻辑也可以封装成函数指针或std::function,实现更复杂的进入/退出行为。

基本上就这些。不复杂但容易忽略的是边界情况处理,比如无效事件或未定义转移。加上断言或日志会更健壮。

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