本文将讲解状态机的从入门到“精通”的那些事。有限状态机讲述了有限个状态、以及它们之间相互的动作以及转移的过程。最早接触状态机是在数字电路中的触发器章节，书中清晰的使用了状态图来描述触发器工作机理。

图1 D触发器的状态图

后来在EDA课程中的FPGA设计中，终于有机会将状态机应用于实际电路编程中。在那一刻，状态机概念就像一个烙印刻在心里，无法抹去。

             switch-case   

相信大多数初学者和我一样，第一次编写状态机是使用switch-case结构来实现的。忆当年，我在C51单片机编程中第一次引入“状态机”，实现功能竟是判断按键是否按下。按键的动作可以分为如下几个状态：等待被按下S_BTN_WAIT_PRESSED、安全被按下S_BTN_PRESSED、等待松开S_BTN_WAIT_RELEASED。其中等待被按下和安全被按下过程之间应该进行按键的消抖操作。

图2 D按键检测状态图

按照上图所示，使用switch-case结构的状态机如下：

switch-case结构实现的状态机，可谓“简单粗暴”。写出来的代码放在一块，一眼就可以看出整个状态机包含了多少个状态，而且每个case就是一个状态。整体容易区分，简单。那“粗暴”从何说起？想象一下，如果这个状态机有10个甚至更多的状态，每个case里面的if结构层数又比较多的时候，总体代码篇幅就会显得很长，臃肿庞大。代码那么“粗”，感觉屏幕都要“暴”炸了。另外也会引入这样的问题，如果case过多，switch的出口就会大大增加（break就会增加），对于阅读代码时就会极其不便。所以switch-case可以应付简单的状态机。那么对于如何解决上述问题呢？

这时候一位因敲代码成仙的仙人指明了方向——函数指针！

             函数指针   

使用函数指针实现状态机的时候，每一个函数都可以认为一个单独的状态，输入参数可以作为状态转移的触发动作。

现在展示一下初级版本的函数指针状态机，编写一个空调的代码。空调状态机中包含了三个状态：空调关机、空调送风、空调制冷。每个状态下需要辨识的动作是两个按键：开关键按下、送风/制冷按键按下。他们的转移关系图如下：

表1 空调状态转移表

按照上表描述的状态转移过程，空调状态机代码如下：

可以看出，函数指针实现的状态机，就显得“苗条”一点。每个状态通过一个函数实现，函数的输入参数用来传递事件，函数的返回值又作为下一个空调的状态。这种方式的状态机具有更好的可扩展型，比如空调要卖到南方的话，要再增加一个空调除湿模式。这时候，只需要增加一个函数，其他函数保留不动即可。相比switch-case下，函数层次更为分明，功能高度内聚，更加符合“高内聚、低耦合”的软件设计原则。

             总结   

以上内容简单讲述了switch-case和函数指针实现的状态机以及各自的优缺点。更加复杂的状态机版本可以使用状态转移表来实现。一个二维或者多维的数组存放着所有状态转移的可能性，通过查表的方法即可知道转移的下一个状态。例如：

 newState = switchTab[EVT0][EVT1][oldState]; 

上式表示为：在状态oldState下，如果同时发生了事件为EVT0和EVT1时，那么下一个状态就是newState。这种方式省去了在状态中对事件进行if的逻辑判断，更加适合用于事件有限并且事件类型可用整数表示的情形。

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