boost::statechart研究报告

基于 http://www.boost.org/doc/libs/1_59_0/libs/statechart/doc/tutorial.html#AsynchronousStateMachines 的文档说明

git地址和例子在：https://github.com/boostorg/statechart

最近项目老大对游戏服务器的施法状态机进行了重构，借此机会研究了两天，而且中文文档比较少，整理一下自己备忘的同时也许能够给别人一点参考。我仅限于对同步状态机的实现做了一点验证性的试验，异步状态机的实现在example中有，用到的时候再研究，一般如果没有涉及到线程间交互的话同步状态机应该够用了。

statechart大概可以包含三块，状态机：state_machine，状态：state或simple_state以及事件 event。state_machine作为载体，state作为内容，event作为事件传输介质， 官方的helloword是一个最简单的初始化程序，可以看一下，下面介绍一些其他使用注意事项和扩展，以及罗列自己在写demo时候的一些问题。

关于定义需要注意的问题：

1：如何定义一个state_machine，一个state和simple_state和如何定义一个event，看文档都能明白，注意自定义的状态继承state和simple_state有一点微小区别，继承 state 需要传入一个my_context作为上下文参数，如果你想在一个状态的构造函数中 使用以下函数族的话：

simple_state<>::post_event()
simple_state<>::clear_shallow_history<>()
simple_state<>::clear_deep_history<>()
simple_state<>::outermost_context()
simple_state<>::context<>()
simple_state<>::state_cast<>()
simple_state<>::state_downcast<>()
simple_state<>::state_begin()
simple_state<>::state_end()

乖乖从state派生否则会报错，源码中有对应说明，以上函数组应该都会调用到下面的接口，因此在模块内部进行了限制，所以我觉得是可以默认从state继承用的。

 from：simple_state.hpp

outermost_context_type & outermost_context()
{
// This assert fails when an attempt is made to access the state machine
// from a constructor of a state that is *not* a subtype of state<>.
// To correct this, derive from state<> instead of simple_state<>.
BOOST_ASSERT( get_pointer( pContext_ ) != 0 );
return pContext_->outermost_context();
}

const outermost_context_type & outermost_context() const
{
// This assert fails when an attempt is made to access the state machine
// from a constructor of a state that is *not* a subtype of state<>.
// To correct this, derive from state<> instead of simple_state<>.
BOOST_ASSERT( get_pointer( pContext_ ) != 0 );
return pContext_->outermost_context();
}

2: 还有需要注意的是状态定义的先后问题，基本上遵从从外到里的方式，即 evnet， state_machine， state， sub_state（二层状态）..的方式就没什么问题。

事件，行为及状态切换

事件是状态机中可能被触发的消息，当事件被触发的时候，如果不采取特殊措施，当前所处状态会首先接受到事件，如果注册了事件处理函数，则交由事件处理函数进行处理，否则将向外层抛出事件，直到找到对应的消息处理函数。异常传播也是类似的机制，如果自己这层没有捕捉到异常异常就会向外层扩散，只不过是如果连最外层的状态找不到对应的事件处理函数，这个消息就失效了，但是异常会一直向外传播直到自己的客户端程序。

行为，表示如何处理事件。有一种简单的方式是收到某个消息直接进行状态切换 类似于 sc::transition<EvStartStop, MyState_0>的方式，收到EvStartStop就跳转到MyState_0状态了，比较暴力直接；还有一种方式是使用react函数进行自定义处理，如sc::custom_reaction<EvBingo>，这时候在cpp中实现一个react，比如下面这样：

//达成目标切换到初始
sc::result MyState_2_1::react(const EvBingo& event)
{
//post_event(EvStartStop()); //允许从构造函数中发放消息
std::cout << "恭喜你完成了状态机训练，让我们从头开始!!" << std::endl;
std::cout << context<MyStateMachine>().rtStr() << std::endl;
return discard_event();
}

如果是自定义了react消息，表示当前状态接受并处理了EvBingo消息，他有权抛弃事件（discard_event），抛出其他消息但是会延迟到本函数执行完毕后抛出（post_event(xxx)），立即抛出消息（process_event（xxx）），继续向上层状态抛出同一事件（forward_event），或者直接跳转 （transit），但是要注意的是，如果使用的是transit或者process_event这种可能导致状态即时切换的函数时，最好在之后的流程中不要对当前state进行操作了，因为它相当于你delete了一个类对象但是还在继续使用对象的数据，这个操作是相当危险的。所以 transit和process_event一般是放在 react函数流程的最后执行的。

上面介绍的几个函数包含了行为切换的一部分，既可以在当前状态内自由的抛弃，传播（新）事件，甚至直接做状态切换等，这里顺便提一句，还可以吧事件定义为defferal，如 sc::deferral< EvBingo >，那这个事件也会被延迟抛出，只不过它延迟的时间点更靠后，上面说到 post_event(xxx)和forward_event可能会等到react函数执行完毕之后再进行事件触发，但是deferral保证只有当前状态exit之后才分发这个事件。也就是说如果没有出当前状态这个事件将被永久积压！

以上几种行为都是在某种状态中进行的，实际上无论处在react函数中，还是状态的析构函数中，都还没脱离当前状态，那么如何在状态切换的中间做一点事情，即当前状态机不处于任何状态，这就用到了 transaction function，他在本状态切换出去之后并且尚未进入下一状态之前被调用

sc::transition<EvRtToLast, sc::deep_history<MyState_2_0>, MyStateMachine, &MyStateMachine::onEvStartState1>, //中间状态

在EvRtToLast事件被分发后，状态机脱离了本状态准备切换到下一状态，此时会在中间调用 MyStateMachine::onEvStartState1函数。

历史状态回溯 History

假如我们有这样一个模型，状态1是单一状态记为S1，状态2是多层状态记为S2，里面包含n个子状态，S20，S21...S2n, 那么假设在第一次从S1切换到S2的时候，在S2内部进行了一顿鼓捣又回到了S1，此时S1希望再次切换到S2时能够自动切换到S2内部的最近一次的历史状态。按照官方的例子来说就是你用照相机的时候，半松开按键的时候并不希望照相机总是回到空闲状态，而是希望回到进入拍照状态之前界面。这时候需要用到历史回溯功能，我的例子因为是随便敲的比较粗糙，将就配合解释一下：

struct MyState_1 : public sc::state< MyState_1, MyStateMachine>
{
public:
MyState_1(my_context ctx);
virtual ~MyState_1();

//状态列表
typedef boost::mpl::list<
....
sc::transition< EvStartState2, sc::deep_history<MyState_2_1> >
> reactions;
....
};

struct MyState_2 : public sc::state< MyState_2, MyStateMachine, MyState_2_0, sc::has_deep_history >
{
public:
MyState_2(my_context ctx);
virtual ~MyState_2();
....
};

struct MyState_2_0 : public sc::state<MyState_2_0, MyState_2> {...}
struct MyState_2_1 : public sc::state<MyState_2_1, MyState_2> {...}

int main()
{
sm.process_event(EvStartState2()); // 第一次进入state2，进入history默认的状态 MyState_2_1
sm.process_event(EvStartState2_0()); //回到 MyState_2_0
sm.process_event(EvStartState1());    //回到 MyState_1
sm.process_event(EvStartState2());    //第二次进入state2，将进入MyState_2_0，因为历史列表上MyState_2_0在最顶上
return 0;
}

正交状态机

正交状态机的意思是可能有多个初始状态，但是这些状态链是互不联系的，既不能从一个正交状态切换到另一个正交状态，官方的例子已经很详尽了， 见 http://www.boost.org/doc/libs/1_59_0/libs/statechart/doc/tutorial.html#AsynchronousStateMachines 中 Orthogonal states 部分。

异步状态机 没有细研究，暂不做记录