书摘：C 嵌入式系统设计模式 05

本书的原著为：《Design Patterns for Embedded Systems in C ——An Embedded Software Engineering Toolkit 》，讲解的是嵌入式系统设计模式，是一本不可多得的好书。

本系列描述我对书中内容的理解。

书中大量使用了 UML 表示法，之前讲述过了 类图，这篇文章讲述 状态图。

有限状态机

有限状态机 是一个模型，在编程领域非常重要和有用。有限状态机的三个特征：

1. 状态是有限的
2. 任一时刻，只处在一种状态中
3. 在某种事件触发下，会从一种状态转换到另一种状态。

状态图

状态图 是九种常见 UML 图中的一种，它是一个有向图，由 状态 和 转换 组成。状态图常用于对类和用例的 行为 进行建模，类和用例在某种 状态 中等待，直到感兴趣的 事件 发生（wait in a state until an event of interest occurs）。此时，处理 事件、执行 动作，并且 转换 状态。

有向图 是一种特殊的图，它的边具有起点和终点的概念，不能逆转方向。有向图适合描述具有明确方向的关系。

状态

在 UML 中，状态 用圆角矩形表示。

状态可能包含 进入动作 、退出动作 和 内部转换。

• 进入动作：仅当进入状态时，执行一次进入动作;
• 退出动作：仅当退出状态时，执行一次退出动作;
• 内部转换：内部转换不会改变状态机的状态，只是在其内部逻辑中进行了某种处理或计算。举例来说明：假设有一个状态机，它有两个状态：状态A和状态 B。当状态机处于状态 A 时，如果发生内部转换，它仍然保持在状态 A，而不会进入状态 B。这个内部转换可能是在状态A的某个条件下触发，并进行一些内部处理或计算，但不会改变状态机的状态。

状态是可以嵌套的，称为 复合状态。

在 UML 中，初始状态使用实心圆点表示，终止状态使用内嵌圆点表示：

动作

动作 是指在状态转换过程中需要执行的操作或行为。动作是与状态相关联的，当状态机从一种状态转换到另一种状态时，会执行相应的动作。动作一般包括：进入动作、退出动作和转换动作。

动作的执行顺序是：先执行前一个状态的 退出 动作，然后执行 转换 动作，最后执行后续状态的 进入 动作。

常见的动作有：

1. 函数调用，如 foo();
2. 基本动作，如 x += 10;
3. 生成事件

转换和事件

状态机中的 转换 指的是状态之间的迁移，即从一个状态转换到另一个状态。转换由特定的 事件 触发，并且可以在执行一系列动作后完成。

事件 是指能够触发状态机行为变化的情况或条件。事件可以是外部的，例如用户输入、定时器超时、接收到其他系统的消息等；也可以是内部的，例如变量值的改变、程序流程的控制转移等。当事件发生时，状态机会根据当前状态和事件的类型执行相应的动作，并可能触发状态转换。

在状态机中，转换和事件是相互关联的。事件是触发状态转换的条件或原因，而转换则是状态机从一个状态转移到另一个状态的机制。

在 UML 中，转换 是一个带箭头的线（→），始于前一个状态，终于后一个状态。转换通常具有可选的 事件签名 和 转换动作列表 ，基本形式是：

$$转换事件名称(参数列表)[监护条件]/转换动作列表$$

其中，转换事件名称 可以为空。监护条件 是一个布尔表达式，只能为真或假，也可以为空。只有发生了事件，并且 监护条件 为真时，进行状态转换，此时执行 转换动作列表 ，转换动作列表也可以为空。

如果没有转换事件，则认为是“无条件转换”，一旦前一个状态的进入动作执行完成，立即触发转换。

比如一个事件是 按下按键，监护条件是 按键是取消键 ，转换动作是 显示消息：取消 。那么每当有按键按下时，触发事件，如果按键是“取消键”则显示一条消息，否则忽略这次触发事件。