狀態(tài)機(jī)在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

接下來(lái)，我將就狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用，結(jié)合流程圖、狀態(tài)遷移圖和狀態(tài)遷移，舉一個(gè)實(shí)際例子。下面這張圖是一個(gè)時(shí)鐘程序的狀態(tài)遷移圖，如圖2所示。

圖2 時(shí)鐘程序狀態(tài)遷移圖

把這張圖稍做歸納，就可以得到它的另一種表現(xiàn)形式——狀態(tài)遷移表，如表2所示。

表2 時(shí)鐘程序狀態(tài)遷移表

狀態(tài)機(jī)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

基于狀態(tài)機(jī)的程序調(diào)度機(jī)制，其應(yīng)用的難點(diǎn)并不在于對(duì)狀態(tài)機(jī)概念的理解，而在于對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的合理劃分。

初學(xué)者往往會(huì)把某個(gè)“程序動(dòng)作”當(dāng)作是一種“狀態(tài)”來(lái)處理。我稱之為“偽態(tài)”。那么如何區(qū)分“動(dòng)作”和“狀態(tài)”。本匠人的心得是看二者的本質(zhì)：“動(dòng)作”是不穩(wěn)定的，即使沒(méi)有條件的觸發(fā)，“動(dòng)作”一旦執(zhí)行完畢就結(jié)束了；而“狀態(tài)”是相對(duì)穩(wěn)定的，如果沒(méi)有外部條件的觸發(fā)，一個(gè)狀態(tài)會(huì)一直持續(xù)下去。

初學(xué)者的另一種比較致命的錯(cuò)誤，就是在狀態(tài)劃分時(shí)漏掉一些狀態(tài)。我稱之為“漏態(tài)”。

“偽態(tài)”和“漏態(tài)”這兩種錯(cuò)誤的存在，將會(huì)導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)的渙散。因此要特別小心避免。

更復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)

前面介紹的是一種簡(jiǎn)單的狀態(tài)結(jié)構(gòu)。它只有一級(jí)，并且只有一維，如圖3所示。

圖3 線性狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)

如果有必要，我們可以建立更復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)模型。

1 多級(jí)狀態(tài)結(jié)構(gòu)

狀態(tài)機(jī)可以是多級(jí)的。在分層的多級(jí)狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)里面，一個(gè)“父狀態(tài)”下可以劃分多個(gè)“子狀態(tài)”，這些子狀態(tài)共同擁有上級(jí)父狀態(tài)的某些共性，同時(shí)又各自擁有自己的一些個(gè)性。

在某些狀態(tài)下，還可以進(jìn)一步劃分子狀態(tài)。比如，我們可以把前面的時(shí)鐘例子修改如下：

把所有和時(shí)鐘功能有關(guān)的狀態(tài)，合并成1個(gè)一級(jí)狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)下，又可以劃分出3個(gè)二級(jí)子狀態(tài)，分別為顯示時(shí)間、設(shè)置小時(shí)、設(shè)置分鐘；

同樣，我們也可以把所有和鬧鐘功能有關(guān)的狀態(tài)，合并成1個(gè)一級(jí)狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)下，再劃分出4個(gè)二級(jí)子狀態(tài)，分別為顯示鬧鐘、設(shè)置“時(shí)”、設(shè)置“分”、設(shè)置鳴叫時(shí)間。

我們需要用另一個(gè)狀態(tài)變量（寄存器）來(lái)表示這些子狀態(tài)。

子狀態(tài)下面當(dāng)然還可以有更低一級(jí)的孫狀態(tài)（子子孫孫無(wú)窮盡也），從而將整個(gè)狀態(tài)體系變成了樹(shù)狀多級(jí)狀態(tài)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 樹(shù)狀多級(jí)狀態(tài)結(jié)構(gòu)

2 多維狀態(tài)結(jié)構(gòu)

狀態(tài)結(jié)構(gòu)也可以是多維的。從不同的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)的劃分，這些狀態(tài)的某些特性是交叉的。比如，在按照按鍵和顯示劃分狀態(tài)的同時(shí)，又按照系統(tǒng)的工作進(jìn)程做出另一種狀態(tài)劃分。這兩種狀態(tài)劃分同時(shí)存在，相互交叉，從而構(gòu)成了二維的狀態(tài)結(jié)構(gòu)空間。

舉一個(gè)這方面的例子，如：空調(diào)遙控器，如圖5所示。

圖5 多維狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)

同樣，我們也可以構(gòu)建三維、四維甚至更多維的狀態(tài)結(jié)構(gòu)。每一維的狀態(tài)都需要用一個(gè)狀態(tài)變量（寄存器）來(lái)表示。

無(wú)論多級(jí)狀態(tài)結(jié)構(gòu)和多維狀態(tài)結(jié)構(gòu)看上去多么迷人，匠人的忠告是：我們依然要盡可能地簡(jiǎn)化狀態(tài)結(jié)構(gòu)，能用單級(jí)、單維的結(jié)構(gòu)，就不要給自己找事，去玩那噩夢(mèng)般的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

簡(jiǎn)單的才是最有效的。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)狀態(tài)機(jī)的理解需要一個(gè)由淺入深的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程應(yīng)該是與實(shí)踐應(yīng)用和具體案例思考相結(jié)合的。當(dāng)一種良好的思路成為設(shè)計(jì)的習(xí)慣，它就能給設(shè)計(jì)者帶來(lái)回報(bào)。愿這篇手記里介紹的基于狀態(tài)機(jī)的編程思路能給新手們帶來(lái)一些啟迪，幫助大家找到“程序設(shè)計(jì)”的感覺(jué)。