什么是状态机？
关于状态机的一个极度确切的描述是它是一个有向图形，由一组节点和一组相应的转移函数组成。状态机通过响应一系列事件而“运行”。每个事件都在属于“当前”节点的转移函数的控制范围内，其中函数的范围是节点的一个子集。函数返回“下一个”（也许是同一个）节点。这些节点中至少有一个必须是终态。当到达终态，状态机停止。
但一个抽象的数学描述（就像我刚给出的）并不能真正说明在什么情况下使用状态机可以解决实际编程问题。另一种策略就是将状态机定义成一种强制性编程语言，其中节点也是源码行。从实用角度看，这个定义尽管精确，但它和第一种描述一样，都是纸上谈兵、毫不实用。（对于说明型、函数型或基于约束的语言，例如，Haskell、Scheme 或 Prolog，不一定会发生这种情况。）
让我们尝试使用更适合身边实际任务的例子来进行讨论。逻辑上，每个规则表达式都等价于一个状态机，而每个规则表达式的语法分析器都实现这个状态机。实际上，大多数程序员编写状态机时，并没有真正考虑到这一点。
在以下这个例子中，我们将研究状态机的真正探索性定义。通常，我们有一些不同的方法来响应一组有限数量的事件。某些情况下，响应只取决于事件本身。但在其它情况下，适当的操作取决于以前的事件。
本文中讨论的状态机是高级机器，其目的是演示一类问题的编程解决方案。如果有必要按响应事件行为的类别来讨论编程问题，那么您的解决方案很可能是显式状态机。
文本处理状态机
最可能调用显式状态机的一个编程问题涉及到处理文本文件。处理文本文件通常包括读取信息单元（通常叫做字符或行），然后对刚读取的单元执行适当操作。某些情况下，这个处理是“无状态的”（即每个这样的单元都包含了足够的信息，可以正确确定要执行什么操作）。在其它情况下，即使文本文件不是完全无状态，数据也只有有限的上下文（例如，操作取决于不比行号更多的信息）。但是，在其它常见文本处理问题中，输入文件是极具“状态”的。每一块数据的含义取决于它前面的字符串（也许是它后面的字符串）。报告、大型机数据输入、可读文本、编程源文件和其它种类的文本文件都是有状态的。一个简单例子是可能出现在 Python 源文件中的一行代码：
myObject = SomeClass(this, that, other)
这行表示，如果恰好有以下几行围绕着这一行，则有部分内容不同：
"""How to use SomeClass:
myObject = SomeClass(this, that, other)
"""
我们应知道我们处于“块引用”状态以确定这行代码是一部分注释而不是 Python 操作。
何时不使用状态机
当开始为任何有状态的文本文件编写处理器的任务时，问一问自己，您希望在文件中找到什么类型的输入项。每种类型的输入项都是一种状态的候选项。这些类型共有几种。如果数字很大或者不确定，则状态机也许不是正确的解决方法。（在这种情况下，某些数据库解决方案可能更适合。）
还请考虑您是否需要使用状态机。许多情况下，最好从更简单的方法入手。也许会发现即使文本文件是有状态的，也有一种简单的方法可以分块读取它（其中每一块是一种类型的输入值）。实际上，在单一状态块中，仅当文本类型之间的转移需要基于内容的计算时，才有必要实现状态机。
下面这个简单的例子说明了需要使用状态机的情况。请考虑用于将一列数字划分成几块的两个规则。在第一个规则中，列表中的零表示块之间的间断。第二个规则中，当一个块中的元素总和超过 100 时，会发生块之间的间断。由于它使用累加器变量来确定是否达到了阈值，您不能“马上”看到子列表的边界。因此，第二个规则也许更适合于类似于状态机的机制。
稍微有些状态、但由不太适合用状态机处理的文本文件的例子是 Windows 风格的 .ini 文件。这种文件包括节头、注释和许多赋值。例如：
; set the colorscheme and userlevel
[colorscheme]
background=red
foreground=blue
title=green
[userlevel]
login=2
title=1
我们的例子没有实际含义，但它表明了 .ini 格式一些有趣的特性。
就某种意义而言，每一行的类型由它的第一个字符确定（可能是分号、左花括号或字母）。
从另一种角度看，这种格式是“有状态的”，因为关键字 "title" 大概表示如果它出现在每一节中，那么就有独立的内容。
您可以编写一个有 COLORSCHEME 状态和 USERLEVEL 状态的文本处理器程序，这个程序仍处理每个状态的赋值。但这好象不是处理此问题的 正确方法。例如，可以使用 Python 代码在这个文本文件中只创建自然块，如：
处理 .INI 文件的分块 Python 代码
import string
txt = open('hypothetical.ini').read()
sects = string.split(txt, '[')
for sect in sects:
# do something with sect, like get its name
# (the stuff up to ']') and read its assignments
或者，如果愿意，可以使用单个 current_section 变量来确定位置：
处理 .INI 文件的计算 Python 代码
for line in open('hypothetical.ini').readlines():
if line[0] == '[':
current_section = line(1:-2)
elif line[0] == ';':
pass # ignore comments
else:
apply_value(current_section, line)
何时使用状态机
现在，我们已经决定了如果文本文件“太简单”就不使用状态机，让我们再研究 需要使用状态机的情况。本专栏中 最近一篇文章讨论了实用程序 Txt2Html，它将“智能 ASCII”（包括本文）转换成 HTML。让我们扼要重述。
“智能 ASCII”是一种文本格式，它使用一些间隔约定来区分文本块的类型，如头、常规文本、引语和代码样本。虽然读者或作者能容易地通过查看分析这些文本块类型之间的转移，但却没有简单的方法可以让计算机将“智能 ASCII”文件分割成组成它的文本块。不像 .ini 文件示例，文本块类型可以任何顺序出现。在任何情况下都没有单一定界符来分隔块（空行 通常分隔文本块，但代码样本中的空行却不一定结束代码样本，并且文本块不需要用空行来分隔）。由于需要以不同方式重新格式化每个文本块以生成正确的 HTML 输出，状态机似乎就是自然的解决方案。
Txt2Html 阅读器的一般功能如下：
在初始状态中启动。
读取一行输入。
根据输入和当前状态，转移到新状态或按适合当前状态的方式处理该行。
这个例子是关于您会遇到的最简单的情况，但它说明了我们描述过的以下模式：
Python 中一个简单的状态机输入循环
global state, blocks, bl_num, newblock
#-- Initialize the globals
state = "HEADER"
blocks = [""]
bl_num = 0
newblock = 1
for line in fhin.readlines():
if state == "HEADER": # blank line means new block of header
if blankln.match(line): newblock = 1
elif textln.match(line): startText(line)
elif codeln.match(line): startCode(line)
else:
if newblock: startHead(line)
else: blocks[bl_num] = blocks[bl_num] + line
elif state == "TEXT": # blank line means new block of text
if blankln.match(line): newblock = 1
elif headln.match(line): startHead(line)
elif codeln.match(line): startCode(line)
else:
if newblock: startText(line)
else: blocks[bl_num] = blocks[bl_num] + line
elif state == "CODE": # blank line does not change state
if blankln.match(line): blocks[bl_num] = blocks[bl_num] + line
elif headln.match(line): startHead(line)
elif textln.match(line): startText(line)
else: blocks[bl_num] = blocks[bl_num] + line
else:
raise ValueError, "unexpected input block state: "+state
可以用 Txt2Html 下载从中取出该代码的源文件（请参阅参考资料）。请注意：变量 state 声明为 global，在函数（如 startText()）中更改它的值。转移条件，如 textln.match()，是规则表达式模式，但它们可能也是定制函数。实际上，以后会在程序中执行格式化。状态机只将文本文件分析成 blocks 列表中带标签的块。
抽象状态机类
在表单和函数中使用 Python 实现抽象状态机很容易。这使程序的状态机模型比前一个例子中的简单条件块显得更突出（初看，其中的条件与其它条件没有什么不同）。而且，以下类及其关联处理程序在隔离状态中操作方面完成得很好。许多情况下，这改善了封装和可读性。
文件：statemachine_test.py
from statemachine import StateMachine
def ones_counter(val):
print "ONES State: ",
while 1:
if val <= 0 or val >= 30:
newState = "Out_of_Range" ; break
elif 20 <= val < 30:
newState = "TWENTIES"; break
elif 10 <= val < 20:
newState = "TENS"; break
else:
print " @ %2.1f+" % val,
val = math_func(val)
print " >>"
return (newState, val)
def tens_counter(val):
print "TENS State: ",
while 1:
if val <= 0 or val >= 30:
newState = "Out_of_Range"; break
elif 1 <= val < 10:
newState = "ONES"; break
elif 20 <= val < 30:
newState = "TWENTIES"; break
else:
print " #%2.1f+" % val,
val = math_func(val)
print " >>"
return (newState, val)
def twenties_counter(val):
print "TWENTIES State:",
while 1:
if val <= 0 or val >= 30:
newState = "Out_of_Range"; break
elif 1 <= val < 10:
newState = "ONES"; break
elif 10 <= val < 20:
newState = "TENS"; break
else:
print " *%2.1f+" % val,
val = math_func(val)
print " >>"
return (newState, val)
def math_func(n):
from math import sin
return abs(sin(n))*31
if __name__== "__main__":
m = StateMachine()
m.add_state("ONES", ones_counter)
m.add_state("TENS", tens_counter)
m.add_state("TWENTIES", twenties_counter)
m.add_state("OUT_OF_RANGE", None, end_state=1)
m.set_start("ONES")
m.run(1)
文章来源于领测软件测试网 https://www.ltesting.net/
