1.
Диаграммы состояний и C++ 1/28
http://klika-tech.com/
Диаграммы состояний и C++ 1/28
http://klika-tech.com/
Диаграммы состояний и C++
или “Как разобраться с хаосом?”
Конференция C++ CoreHard Winter 2017, Минск
Василий Вяжевич

2.
Диаграммы состояний и C++ 2/28
http://klika-tech.com/
О чем поговорим?
Трудная задача (пример из жизни)
Машина состояний
Реализации на C++
Выводы и вопросы

3.
Диаграммы состояний и C++ 3/28
http://klika-tech.com/
Наглядный пример
Открыть ворота
Закрыть ворота
Запереть

4.
Диаграммы состояний и C++ 4/28
http://klika-tech.com/
Пример из жизни
void openTheDoor()
{
if (startMotorForward())
isOpening = true;
else
PrintError();
}

5.
Диаграммы состояний и C++ 5/28
http://klika-tech.com/
Через XX-цать недель
void openTheDoor()
{
while (!isOpened && !fail && !close) {
if (isOpened || isOpening) {
return;
} else if ((closed && !locked && !isOpening) ||
(!closed && !opened && !isOpening)) {
if (poweredOn && startMotorForward())
isOpening = true;
} else if (locked && closed) {
displayLockedMessage(); return;
}
Sleep(100);
}
if (close)
closeTheDoor();
}
А что если…
1)

6.
Диаграммы состояний и C++ 6/28
http://klika-tech.com/
А что если...
…нужно “чуть-чуть” изменить структуру алгоритма?

7.
Диаграммы состояний и C++ 7/28
http://klika-tech.com/
Будьте честными!
Часто ли вы делаете блок схемы алгоритмов?
Можете ли вы легко объяснить как работает Ваша
программа?

8.
Диаграммы состояний и C++ 8/28
http://klika-tech.com/
А какая альтернатива?
StateClosed::react(const Event<Open>& event)
{
if (startMotorForward())
transit<StateOpening>();
else
transit<StateFail>(&Door::DisplayMotorError(), event);
}

9.
Диаграммы состояний и C++ 9/28
http://klika-tech.com/
Терминология
Машина состояний
Конечный автомат
Диаграмма состояний
Finite State Machine (FSM)
Statechart

10.
Диаграммы состояний и C++ 10/28
http://klika-tech.com/
Что такое Машина состояния?
Математическая модель, абстракция
Модель или подход к проектированию

11.
Диаграммы состояний и C++ 11/28
http://klika-tech.com/
Реализации для C++
Open source
Qt (Core / QML)
Boost
Custom

12.
Диаграммы состояний и C++ 12/28
http://klika-tech.com/
Свойства машин состояний
Автономность
Детерминированность состояний
Основана на событиях (во времени)
Конечность или цикличность

13.
Диаграммы состояний и C++ 13/28
http://klika-tech.com/
Примитивы
Состояния (States)
Переходы (Transitions)
События (Events)
Действия (Actions)

14.
Диаграммы состояний и C++ 14/28
http://klika-tech.com/
Иерархии и ортогональные состояния

15.
Диаграммы состояний и C++ 15/28
http://klika-tech.com/
Практическая польза
Проектирование и документирование
Помогает избежать сложного ветвления
Определенность последовательности событий
“Ограничение свободы”

16.
Диаграммы состояний и C++ 16/28
http://klika-tech.com/
Примеры применения
Протоколы обмена
Системы самообслуживания
Системы автоматики, управления
Интерактивные игры

17.
Диаграммы состояний и C++ 17/28
http://klika-tech.com/
Реализации
cust. Qt
2)
MSM
3)
StCh
4)
NSF
5)
Static + - + + -
Hierarchy - + - + -
Table - + + - -
History - + - + +
Ortogonal - + - + +
Serialize + + + + +
Cust. - реализация через оператор switch/case
StCh - Boost.Statechart
NSF - UML North State Framework

18.
Диаграммы состояний и C++ 18/28
http://klika-tech.com/
switch/case
static int currentState = CLOSED;
switch (currentState)
{
case CLOSED:
if (event == OPEN)
currentState = OPENED;
else if (event == LOCK)
currentState = LOCKED;
break;
case OPENED:
if (event == CLOSE)
currentState = CLOSED;
break;
case LOCKED:
...
}

19.
Диаграммы состояний и C++ 19/28
http://klika-tech.com/
Qt State Machine Framework
QStateMachine Door;
QState *stateOpened = new QState();
QState *stateClosed = new QState();
QState *stateLocked = new QState();
stateOpened->addTransition(ctrl, SIGNAL(close()), stateClosed);
stateClosed->addTransition(ctrl, SIGNAL(open()), stateOpened);
stateLocked->addTransition(ctrl, SIGNAL(lockTrigger()), stateClosed);
stateClosed->addTransition(ctrl, SIGNAL(lockTrigger()), stateLocked);

20.
Диаграммы состояний и C++ 20/28
http://klika-tech.com/
Boost.Statechart
struct Open : sc::event<Open> {};
struct Close : sc::event<Close> {};
struct LockTrigger : sc::event<LockTrigger> {};
struct Opened : sc::simple_state<Opened, Door> {
typedef sc::transition<Close, Closed> reactions;
};
struct Closed : sc::simple_state<Closed, Door> {
typedef mpl::list<sc::transition<Open, Opened>
sc::transition<LockTrigger, Locked>
> reactions;
};
struct Locked : sc::simple_state<Locked, Door> {
typedef sc::transition<LockTrigger, Closed> reactions;
};

21.
Диаграммы состояний и C++ 21/28
http://klika-tech.com/
Boost Meta State Machine
struct transition_table : mpl::vector<
// Start Event Target Action
// +---------+------------+-----------+-------------------+
a_row< Closed , open , Opened , &door_::motorFwd >,
a_row< Closed , lock , Locked , &door_::lock >,
a_row< Locked , lock , Closed , &door_::unlock >,
a_row< Opened , close , Closed , &door_::motorBack >,
// +---------+------------+-----------+-------------------+
> {};

22.
Диаграммы состояний и C++ 22/28
http://klika-tech.com/
Бонусы от реализаций
Отсроченные события (deferred events)
История состояний (History)
Сериализация машин состояний
Контроль переходов состояний
Тестирование (Unit testing)

23.
Диаграммы состояний и C++ 23/28
http://klika-tech.com/
Отсроченные события

24.
Диаграммы состояний и C++ 24/28
http://klika-tech.com/
История состояний

25.
Диаграммы состояний и C++ 25/28
http://klika-tech.com/
Сериализация

26.
Диаграммы состояний и C++ 26/28
http://klika-tech.com/
Контроль переходов

27.
Диаграммы состояний и C++ 27/28
http://klika-tech.com/
Заключение
Зачем? - Формализация процесса разработки, проектирование
и документирование.
Для чего? - Алгоритмы основанные на событиях.
Почему FSM? - Если не знаете ничего лучше…

28.
Диаграммы состояний и C++ 28/28
http://klika-tech.com/
Вопросы?
Тема: Диаграммы состояний и С++.
Докладчик: Василий Вяжевич
Компания: Klika Tech,
http://klika-tech.com/,
vviazhevich@klika-tech.com
1)
Внимание! Все названия переменных и алгоритмы вымышленные, любые совпадения случайны!
2)
http://doc.qt.io/qt-5/statemachine.html
3)
http://www.boost.org/doc/libs/1_63_0/libs/msm/doc/HTML/index.html
4)
http://www.boost.org/doc/libs/1_63_0/libs/statechart/doc/index.html
5)
http://northstatesoftware.github.io/NorthStateFramework-cpp/