C#教程之一个状态机的实现

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C#教程之一个状态机的实现

interface IState
    {
        string Name { get; set; }

        //后件处理
        IList<IState> Nexts { get; set; }
        Func<IState /*this*/, IState /*next*/> Selector { get; set; }
        
    }

    class State : IState
    {
        public string Name { get; set; } = "State";

        IList<IState> IState.Nexts { get; set; } = new List<IState>();
        public Func<IState, IState> Selector { get; set; }

    }

状态比较简单，一个Name标识，一个后件状态列表，然后一个状态选择器。

比如状态a，可以转移到状态b,c,d，那么选择器就是其中一个。至于怎么选，就让用户来定义实际的选择器了。

delegate bool HandleType<T>(IState current, IState previous,ref T value);
    interface IContext<T> : IEnumerator<T>, IEnumerable<T>
    {
        //data
        T Value { get; set; }
        //前件处理
        
        IDictionary<Tuple<IState/*this*/, IState/*previous*/>, HandleType<T>> Handles { get; set; }

        IState CurrentState { get; set; }
        bool transition(IState next);
    }

和状态类State关注后件状态不同，上下文类Context关注前件状态。当跳转到一个新的状态，这个过程中就要根据当前状态来实施不同的策略。比如想进入状态c，根据当前状态是a, b,d 有不同的处理程序。这种转移处理程序，是一一对应的，所以用了 Tuple<进入的状态，当前状态> 来描述一个跳转链。然后用Dictionary 捆绑相关的处理程序。

上下文会携带 T Value 数据，要怎么处理这种数据？我是通过ref 参数来传递给处理程序。因为我不想IState 关心上下文的构造，它只需要关注实际的数据 T value;

上下文保存数据和当前状态，然后通过transiton 让用户控制状态的转移。这里面有一个重复，因为IState有选择器来控制状态转移了。为什么要这么处理？我是为了构造一个跳转序列。引入IEnumerator和IEnumerable接口，然状态可以在选择器的作用下自动跳转，然后用foreach 读取结果序列（只是不知道有什么用）。

class Context<T> : IContext<T>
    {
        T data;
        T IContext<T>.Value { get=>data ; set=>data = value; }
        IDictionary<Tuple<IState, IState>, HandleType<T>> IContext<T>.Handles { get; set; } 
            = new Dictionary<Tuple<IState, IState>, HandleType<T>>();

        public IState CurrentState { get; set;}

        T IEnumerator<T>.Current =>  (this as IContext<T>).Value ;
        object IEnumerator.Current => (this as IContext<T>).Value;

        bool IContext<T>.transition(IState next)
        {
            IContext<T> context= this as IContext<T>;
            if (context.CurrentState == null || context.CurrentState.Nexts.Contains(next))
            {
                //前件处理
                var key = Tuple.Create(next, context.CurrentState);
                if (context.Handles.ContainsKey(key) && context.Handles[key] !=null)
                    if (!context.Handles[key](next, context.CurrentState,ref this.data))
                        return false;

                context.CurrentState = next;
                return true;
            }
            return false;
        }

        bool IEnumerator.MoveNext()
        {
            //后件处理
            IContext<T> context = this as IContext<T>;
            IState current = context.CurrentState; 
            if (current == null)
                throw new Exception("必须设置初始状态");
            if (context.CurrentState.Selector != null)
            {
                IState next= context.CurrentState.Selector(context.CurrentState);
                return context.transition(next);
            }

            return false;
        }

        void IEnumerator.Reset()
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        #region IDisposable Support
        private bool disposedValue = false; // 要检测冗余调用

        protected virtual void Dispose(bool disposing)
        {
            if (!disposedValue)
            {
                if (disposing)
                {
                    // TODO: 释放托管状态(托管对象)。
                }

                // TODO: 释放未托管的资源(未托管的对象)并在以下内容中替代终结器。
                // TODO: 将大型字段设置为 null。

                disposedValue = true;
            }
        }

        // TODO: 仅当以上 Dispose(bool disposing) 拥有用于释放未托管资源的代码时才替代终结器。
        // ~Context() {
        //   // 请勿更改此代码。将清理代码放入以上 Dispose(bool disposing) 中。
        //   Dispose(false);
        // }

        // 添加此代码以正确实现可处置模式。
        void IDisposable.Dispose()
        {
            // 请勿更改此代码。将清理代码放入以上 Dispose(bool disposing) 中。
            Dispose(true);
            // TODO: 如果在以上内容中替代了终结器，则取消注释以下行。
            // GC.SuppressFinalize(this);
        }

        IEnumerator<T> IEnumerable<T>.GetEnumerator()
        {
            return this;
        }

        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return this;
        }
        #endregion
    }

重点关注transition函数和MoveNext函数。

bool IContext<T>.transition(IState next)
        {
            IContext<T> context= this as IContext<T>;
            if (context.CurrentState == null || context.CurrentState.Nexts.Contains(next))
            {
                //前件处理
                var key = Tuple.Create(next, context.CurrentState);
                if (context.Handles.ContainsKey(key) && context.Handles[key] !=null)
                    if (!context.Handles[key](next, context.CurrentState,ref this.data))
                        return false;

                context.CurrentState = next;
                return true;
            }
            return false;
        }

做的事也很简单，就是调用前件处理程序，处理成功就转移状态，否则退出。

bool IEnumerator.MoveNext()
        {
            //后件处理
            IContext<T> context = this as IContext<T>;
            IState current = context.CurrentState; 
            if (current == null)
                throw new Exception("必须设置初始状态");
            if (context.CurrentState.Selector != null)
            {
                IState next= context.CurrentState.Selector(context.CurrentState);
                return context.transition(next);
            }

            return false;
        }

MoveNext通过选择器来选择下一个状态。

总的来说，我这个状态机的实现只是一个框架，没有什么功能，但是我感觉是比较容易编写状态转移目录树的。

用户首先要创建一组状态，然后建立目录树结构。我的实现比较粗糙，因为用户要分别构建目录树，前件处理器，还有后件选择器这三个部分。编写测试代码的时候，我写了9个状态的网状结构，结果有点眼花缭乱。要是能统一起来估计会更好一些。

要关注的是第一个状态，和最后的状态的构造，否则无法停机，嵌入死循环。

//测试代码
//---------创建部分---------
string mess = "";

//3            
IState s3 = new State() { Name = "s3" };
            
//2           
IState s2 = new State() { Name = "s2" };
            
//1           
IState s1 = new State() { Name = "s1" };

//---------组合起来---------            
s1.Nexts = new List<IState> { s2, s3 };           
s2.Nexts = new List<IState> { s1, s3 };            
s3.Nexts = new List<IState> { }; //注意end写法

//---------上下文---------             
//transition            
IContext<int> cont = new Context<int> { CurrentState=s1};//begin            
cont.Value = 0;

//---------状态处理器---------   
HandleType<int> funcLaji = (IState current, IState previous, ref int v) => { mess += $"{current.Name}:垃圾{previous.Name}\n"; v++; return true; };
            
//1            
cont.Handles.Add(Tuple.Create(s1 , default(IState)), funcLaji);            
cont.Handles.Add(Tuple.Create(s1, s2), funcLaji);
            
//2            
cont.Handles.Add(Tuple.Create(s2, s1), funcLaji);
            
//3            
cont.Handles.Add(Tuple.Create(s3, s1), funcLaji);   
cont.Handles.Add(Tuple.Create(s3, s2), funcLaji);

//---------状态选择器---------              
var rval = new Random();            
Func<int,int> round = x => rval.Next(x);            
s1.Selector = st => round(2)==0? s2:s3;            
s2.Selector = st => round(2)==0? s1:s3;

构造完毕后，就可以使用这个状态机了。

//选择器跳转            
mess += "选择器跳转：\n------------------------\n";
 
foreach (var stor in cont)
                mess+=$"状态转变次数：{stor}\n";
            
//直接控制跳转
mess += "\n直接控制状态跳转：\n------------------------\n";

cont.transition(s1);
cont.transition(s2);
cont.transition(s3);

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