在編碼實現的過程中，我們會經常使用到條件判斷結構，而且使用起來很方便。但是在需要轉移的狀態比較多，或是條件比較複雜時，我們就可能需要很長的條件判斷結構來處理。不過，過於複雜的條件判斷結構會給程式碼的編寫和維護帶來很大的困擾，所以我們希望探索其他的方法來簡化這類條件結構。

1、原理概述

  條件判斷在程式碼實現中非常有用，有時候甚至是必不可少的。但過於複雜的條件結構卻會讓程式邏輯變得冗長而繁瑣，而在某些情況下我們希望採取方法避免這一情況出現。

1.1、問題提出

  在專案開發中經常會遇到if/esle語句以及switch/case語句之類，或者是巢狀的多分支條件判斷的結構。這類結構一旦過於複雜或冗長就會使程式的邏輯結構非常繁瑣。所以很多時候我們希望避免使用過於複雜的條件結構。基於這一目的，我們希望探索一些方法來簡化這類問題。

  在我們實踐的過程中，我們發現有些複雜的條件結構實際控制的是同一事物在不同狀態下的轉換。這就讓我們想到了狀態機，那麼是否可以借用狀態機的機制來解決這一類的問題呢？在這一篇中我們就來分析和實現這一議題。

1.2、什麼是狀態機

  我們先來看看什麼是狀態機。一般來說，狀態機(state machine)包含有5個要素，分別是狀態(state)、遷移(transition)、事件(event)、動作(action)、條件(guard)。我們來具體看看這5個要素都是什麼。

• 狀態：一個系統在某一時刻所存在的穩定的工作情況，系統在整個工作週期中可能有多個狀態。一個狀態機需要在狀態集合中選取一個狀態作為初始狀態。

• 遷移：系統從一個狀態轉移到另一個狀態的過程稱作遷移，遷移不是自動發生的，需要外界對系統施加影響。

• 事件：某一時刻發生的對系統有意義的事情，狀態機之所以發生狀態遷移，就是因為出現了事件。

• 動作：在狀態機的遷移過程中，狀態機會做出一些其它的行為，這些行為就是動作，動作是狀態機對事件的響應。

• 條件：狀態機對事件並不是有求必應的，狀態機還要滿足一定的條件才能發生狀態遷移並實現對事件的響應。

  對於狀態機，我們的理解是，一個事物存在多個狀態，這些狀態可以相互轉換，有些可能是雙向的，有些可能是單向的。當一定的外部事件發生時，會促使事物的狀態發生轉變，這一過程就是發生了狀態的遷移。當事物的狀態發生轉換後會執行一定的動作。但這些動作有可能是在狀態轉換進入時執行，也可能是狀態持續過程中執行，這就要看動作執行的前提條件。

2、分析設計

  接下來我們將以BLDC操作面板的實際操作專案來分析如何實現通過狀態機機制簡化條件結構。在這個BLDC操作面板專案中，我們使用按鍵操作來實現BLDC的操作控制以及LED顯示選單的切換。

  首先我們來看一看BLDC的操作控制實現。對於BLDC的操作的操作，我們希望按下啟動停止按鈕時，BLDC啟動並按設定的速度持續執行。在BLDC正常執行的過程中，如果長按啟動停止按鈕則進入全速狀態，如果是短按啟動停止按鈕則停止。如果是在全速狀態，如果長按啟動停止按鈕則停止，如果是短按啟動停止按鈕則回到常規速度狀態。

  對於這個需求如果我們使用條件結構則需要使用if/else語句或者switch/case語句來判斷狀態，然後在各個分支中通過條件判斷按鈕的動作以實現對應的操作。在這一方式下，我們需要使用條件結構的巢狀來實現這個過程，從邏輯結構上來說過於複雜而且不同功能模組的耦合比較緊密。

  接下來，我們以狀態機的機制來分析一下。我們注意到BLDC實際有3種狀態，分別是停止狀態、常速執行狀態、全速執行狀態。而這3種狀態之間可以相互轉化，但並無直接關聯，在不同的狀態下將執行不同的操作。它們之間將根據按鈕的事件產生轉換。對比前面我們對狀態機的要素的表述，實際上已經完全具備了狀態機的全部要素，所以我們將其狀態轉化過程表述如下圖：

  接下來我們看一看選單的切換問題。選單的切換更復雜一點，就是在不同的情況下，會有不同的顯示。我們將其歸為5類，也就是5個選單，這些選單根據按鍵的不同顯示不同的選單。我們將每個顯示選單定義為一種狀態，那麼其實就已經具備了狀態機的全部5個要素，具體狀態轉換過程如下圖所示：

  我們將BLDC的控制以及顯示選單的切換抽象為狀態機，以避免冗長的條件選擇結構，簡化程式邏輯結構，使得程式更為清晰。

3、軟體實現

  前述，我們已經分析了將BLDC的控制及顯示選單的切換使用狀態機來實現的方法。接下來我們就來考慮其具體的實現方式。

  首先，我們來分析BLDC的控制。我們已經知道BLDC的控制要求有3個狀態：停止狀態、常速狀態、全速狀態。通過按鍵事件來控制狀態產生遷移並執行動作。我們需要一個變數來記錄按鍵事件對BLDC產生的命令，這個命令變數取值0、1、2以對應3個狀態的遷移命令。之所以去這樣的3個值並沒有什麼特殊之處，僅僅只是為了我們在後續的處理中方便使用而已。同樣我們需要變數來記錄當前所處的狀態，取值也用0、1、2對應3個狀態。當然我們還需要定義每種狀態下所對應的動作，為了操作方便我們將每種狀態下的動作定義為一個單獨的函式，也就是每種狀態有一個響應函式。至於響應函式的實現則根據需求而定，函式中包括相應條件。具體如下：

void (*BldcControl[3])(void)={BldcStopHandler,
                 BldcNormalSpeedHandler,
                 BldcFullSpeedHandler};

BldcControl[aPara.phyPara.pumpStartStop]();

  其中aPara.phyPara.pumpStartStop變數記錄的是對按鍵事件的記錄，狀態機根據變數的值來呼叫狀態響應函式來遷移並維持在指定的狀態。三個函式對應三種狀態下的響應函式。這樣就實現了不同的事件遷移到不同的狀態的狀態機結構，相比於條件分支判斷結構要簡化很多。

  接下來，我們再來看看選單顯示狀態的實現。前面我們已經描述過選單顯示劃分為5種狀態，我們使用一個變數來記錄狀態及遷移。這個變數取值0、1、2、3、4分別對應當前速度顯示狀態、量程顯示狀態、全速設定顯示狀態、係數設定顯示狀態、速度設定顯示狀態。具體如下：

void (*LedDisPlay[5])(void)={SpeedCurrentDisplay,
              SpeedUpperDisplay,
              SpeedFullDisplay,
              SpeedFactorDisplay,
              SpeedSettingDisplay};

LedDisPlay[aPara.phyPara.menuIndex]();

  同樣的aPara.phyPara.menuIndex是狀態遷移及狀態記錄變數，而5個函式則對應不同狀態下的響應函式。

4、小結

  在這一篇中，我們以一個BLDC驅動控制板的例項描述了使用狀態機代替複雜的條件分支判斷結構的過程及方法。我們實現了使用狀態機機制編碼BLDC的驅動控制和選單顯示切換的功能。這一例項已經應用於多個專案之中，效果良好。

  這一方式其實適用於很多需要條件判斷來切換控制的場合。事實上，我們在多個電機控制、流程控制等應用場合都是用了類似的方法，而且應用的結果都比較滿意。當然，我們並不是建議讀者使用此法，只是提供一種思路，我們認為所謂結構優化本就是見仁見智的事情。

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