Stefan Heinzmann은 그의 기사 에서 매우 훌륭한 템플릿 기반 C ++ 상태 머신 “프레임 워크”를 제공합니다 .

이 기사에는 완전한 코드 다운로드 링크가 없으므로 코드를 프로젝트에 붙여넣고 확인하는 자유를 얻었습니다. 아래의 것들이 테스트되었으며 사소하지만 거의 명백한 누락 된 부분이 포함되어 있습니다.

여기서 중요한 혁신은 컴파일러가 매우 효율적인 코드를 생성한다는 것입니다. 빈 출입 통제 비용은 없습니다. 비어 있지 않은 입 / 출력 조치가 인라인됩니다. 컴파일러는 또한 상태 차트의 완전성을 확인합니다. 누락 된 조치는 링크 오류를 생성합니다. 잡히지 않는 유일한 것은 실종 Top::init입니다.

이것은 누락되지 않은 채 살 수 있다면 Miro Samek의 구현에 대한 훌륭한 대안입니다. 이것은 UML 의미를 올바르게 구현하지만 완전한 UML Statechart 구현과는 거리가 먼 반면, Samek의 코드는 종료 / 전환을 처리하지 않습니다 올바른 순서로 입력하십시오.

이 코드가 필요한 작업에 효과가 있고 시스템에 알맞은 C ++ 컴파일러가 있다면 Miro의 C / C ++ 구현보다 성능이 우수 할 것입니다. 컴파일러는 평탄화 된 O (1) 전환 상태 머신 구현을 생성합니다. 어셈블리 출력 감사에서 최적화가 원하는대로 작동하는지 확인하면 이론적 인 성능에 가깝습니다. 가장 중요한 부분 : 비교적 작고 이해하기 쉬운 코드입니다.

#ifndef HSM_HPP
#define HSM_HPP

// This code is from:
// Yet Another Hierarchical State Machine
// by Stefan Heinzmann
// Overload issue 64 december 2004
// http://accu.org/index.php/journals/252

/* This is a basic implementation of UML Statecharts.
 * The key observation is that the machine can only
 * be in a leaf state at any given time. The composite
 * states are only traversed, never final.
 * Only the leaf states are ever instantiated. The composite
 * states are only mechanisms used to generate code. They are
 * never instantiated.
 */

// Helpers

// A gadget from Herb Sutter's GotW #71 -- depends on SFINAE
template<class D, class B>
class IsDerivedFrom {
    class Yes { char a[1]; };
    class No  { char a[10]; };
    static Yes Test(B*); // undefined
    static No Test(...); // undefined
public:
    enum { Res = sizeof(Test(static_cast<D*>(0))) == sizeof(Yes) ? 1 : 0 };
};

template<bool> class Bool {};

// Top State, Composite State and Leaf State

template <typename H>
struct TopState {
    typedef H Host;
    typedef void Base;
    virtual void handler(Host&) const = 0;
    virtual unsigned getId() const = 0;
};

template <typename H, unsigned id, typename B>
struct CompState;

template <typename H, unsigned id, typename B = CompState<H, 0, TopState<H> > >
struct CompState : B {
    typedef B Base;
    typedef CompState<H, id, Base> This;
    template <typename X> void handle(H& h, const X& x) const { Base::handle(h, x); }
    static void init(H&); // no implementation
    static void entry(H&) {}
    static void exit(H&) {}
};

template <typename H>
struct CompState<H, 0, TopState<H> > : TopState<H> {
    typedef TopState<H> Base;
    typedef CompState<H, 0, Base> This;
    template <typename X> void handle(H&, const X&) const {}
    static void init(H&); // no implementation
    static void entry(H&) {}
    static void exit(H&) {}
};

template <typename H, unsigned id, typename B = CompState<H, 0, TopState<H> > >
struct LeafState : B {
    typedef H Host;
    typedef B Base;
    typedef LeafState<H, id, Base> This;
    template <typename X> void handle(H& h, const X& x) const { Base::handle(h, x); }
    virtual void handler(H& h) const { handle(h, *this); }
    virtual unsigned getId() const { return id; }
    static void init(H& h) { h.next(obj); } // don't specialize this
    static void entry(H&) {}
    static void exit(H&) {}
    static const LeafState obj; // only the leaf states have instances
};

template <typename H, unsigned id, typename B>
const LeafState<H, id, B> LeafState<H, id, B>::obj;

// Transition Object

template <typename C, typename S, typename T>
// Current, Source, Target
struct Tran {
    typedef typename C::Host Host;
    typedef typename C::Base CurrentBase;
    typedef typename S::Base SourceBase;
    typedef typename T::Base TargetBase;
    enum { // work out when to terminate template recursion
        eTB_CB = IsDerivedFrom<TargetBase, CurrentBase>::Res,
        eS_CB = IsDerivedFrom<S, CurrentBase>::Res,
        eS_C = IsDerivedFrom<S, C>::Res,
        eC_S = IsDerivedFrom<C, S>::Res,
        exitStop = eTB_CB && eS_C,
        entryStop = eS_C || eS_CB && !eC_S
    };
    // We use overloading to stop recursion.
    // The more natural template specialization
    // method would require to specialize the inner
    // template without specializing the outer one,
    // which is forbidden.
    static void exitActions(Host&, Bool<true>) {}
    static void exitActions(Host&h, Bool<false>) {
        C::exit(h);
        Tran<CurrentBase, S, T>::exitActions(h, Bool<exitStop>());
    }
    static void entryActions(Host&, Bool<true>) {}
    static void entryActions(Host& h, Bool<false>) {
        Tran<CurrentBase, S, T>::entryActions(h, Bool<entryStop>());
        C::entry(h);
    }
    Tran(Host & h) : host_(h) {
        exitActions(host_, Bool<false>());
    }
    ~Tran() {
        Tran<T, S, T>::entryActions(host_, Bool<false>());
        T::init(host_);
    }
    Host& host_;
};

// Initializer for Compound States

template <typename T>
struct Init {
    typedef typename T::Host Host;
    Init(Host& h) : host_(h) {}
    ~Init() {
        T::entry(host_);
        T::init(host_);
    }
    Host& host_;
};

#endif // HSM_HPP

테스트 코드는 다음과 같습니다.

#include <cstdio>
#include "hsm.hpp"
#include "hsmtest.hpp"

/* Implements the following state machine from Miro Samek's
 * Practical Statecharts in C/C++
 *
 * |-init-----------------------------------------------------|
 * |                           s0                             |
 * |----------------------------------------------------------|
 * |                                                          |
 * |    |-init-----------|        |-------------------------| |
 * |    |       s1       |---c--->|            s2           | |
 * |    |----------------|<--c----|-------------------------| |
 * |    |                |        |                         | |
 * |<-d-| |-init-------| |        | |-init----------------| | |
 * |    | |     s11    |<----f----| |          s21        | | |
 * | /--| |------------| |        | |---------------------| | |
 * | a  | |            | |        | |                     | | |
 * | \->| |            |------g--------->|-init------|    | | |
 * |    | |____________| |        | |-b->|    s211   |---g--->|
 * |    |----b---^       |------f------->|           |    | | |
 * |    |________________|        | |<-d-|___________|<--e----|
 * |                              | |_____________________| | |
 * |                              |_________________________| |
 * |__________________________________________________________|
 */

class TestHSM;

typedef CompState<TestHSM,0>     Top;
typedef CompState<TestHSM,1,Top>   S0;
typedef CompState<TestHSM,2,S0>      S1;
typedef LeafState<TestHSM,3,S1>        S11;
typedef CompState<TestHSM,4,S0>      S2;
typedef CompState<TestHSM,5,S2>        S21;
typedef LeafState<TestHSM,6,S21>         S211;

enum Signal { A_SIG, B_SIG, C_SIG, D_SIG, E_SIG, F_SIG, G_SIG, H_SIG };

class TestHSM {
public:
    TestHSM() { Top::init(*this); }
    ~TestHSM() {}
    void next(const TopState<TestHSM>& state) {
        state_ = &state;
    }
    Signal getSig() const { return sig_; }
    void dispatch(Signal sig) {
        sig_ = sig;
        state_->handler(*this);
    }
    void foo(int i) {
        foo_ = i;
    }
    int foo() const {
        return foo_;
    }
private:
    const TopState<TestHSM>* state_;
    Signal sig_;
    int foo_;
};

bool testDispatch(char c) {
    static TestHSM test;
    if (c<'a' || 'h'<c) {
        return false;
    }
    printf("Signal<-%c", c);
    test.dispatch((Signal)(c-'a'));
    printf("\n");
    return true;
}

int main(int, char**) {
    testDispatch('a');
    testDispatch('e');
    testDispatch('e');
    testDispatch('a');
    testDispatch('h');
    testDispatch('h');
    return 0;
}

#define HSMHANDLER(State) \
    template<> template<typename X> inline void State::handle(TestHSM& h, const X& x) const

HSMHANDLER(S0) {
    switch (h.getSig()) {
    case E_SIG: { Tran<X, This, S211> t(h);
        printf("s0-E;");
        return; }
    default:
        break;
    }
    return Base::handle(h, x);
}

HSMHANDLER(S1) {
    switch (h.getSig()) {
    case A_SIG: { Tran<X, This, S1> t(h);
        printf("s1-A;"); return; }
    case B_SIG: { Tran<X, This, S11> t(h);
        printf("s1-B;"); return; }
    case C_SIG: { Tran<X, This, S2> t(h);
        printf("s1-C;"); return; }
    case D_SIG: { Tran<X, This, S0> t(h);
        printf("s1-D;"); return; }
    case F_SIG: { Tran<X, This, S211> t(h);
        printf("s1-F;"); return; }
    default: break;
    }
    return Base::handle(h, x);
}

HSMHANDLER(S11) {
    switch (h.getSig()) {
    case G_SIG: { Tran<X, This, S211> t(h);
        printf("s11-G;"); return; }
    case H_SIG: if (h.foo()) {
            printf("s11-H");
            h.foo(0); return;
        } break;
    default: break;
    }
    return Base::handle(h, x);
}

HSMHANDLER(S2) {
    switch (h.getSig()) {
    case C_SIG: { Tran<X, This, S1> t(h);
        printf("s2-C"); return; }
    case F_SIG: { Tran<X, This, S11> t(h);
        printf("s2-F"); return; }
    default: break;
    }
    return Base::handle(h, x);
}

HSMHANDLER(S21) {
    switch (h.getSig()) {
    case B_SIG: { Tran<X, This, S211> t(h);
        printf("s21-B;"); return; }
    case H_SIG: if (!h.foo()) {
            Tran<X, This, S21> t(h);
            printf("s21-H;"); h.foo(1);
            return;
        } break;
    default: break;
    }
    return Base::handle(h, x);
}

HSMHANDLER(S211) {
    switch (h.getSig()) {
    case D_SIG: { Tran<X, This, S21> t(h);
        printf("s211-D;"); return; }
    case G_SIG: { Tran<X, This, S0> t(h);
        printf("s211-G;"); return; }
    }
    return Base::handle(h, x);
}

#define HSMENTRY(State) \
    template<> inline void State::entry(TestHSM&) { \
        printf(#State "-ENTRY;"); \
    }

HSMENTRY(S0)
HSMENTRY(S1)
HSMENTRY(S11)
HSMENTRY(S2)
HSMENTRY(S21)
HSMENTRY(S211)

#define HSMEXIT(State) \
    template<> inline void State::exit(TestHSM&) { \
        printf(#State "-EXIT;"); \
    }

HSMEXIT(S0)
HSMEXIT(S1)
HSMEXIT(S11)
HSMEXIT(S2)
HSMEXIT(S21)
HSMEXIT(S211)

#define HSMINIT(State, InitState) \
    template<> inline void State::init(TestHSM& h) { \
       Init<InitState> i(h); \
       printf(#State "-INIT;"); \
    }

HSMINIT(Top, S0)
HSMINIT(S0, S1)
HSMINIT(S1, S11)
HSMINIT(S2, S21)
HSMINIT(S21, S211)