如何使用状态机优化代码

不念不忘少年蓝@ 2022-10-06 03:00 140阅读 0赞

不知道你有没有遇到代码逻辑特别复杂的情况，需要很多的 if else 来判断，每种情况有自己的逻辑。这样的 if else 特别多以后，阅读代码和继续迭代都变得很困难。如果你遇到这种代码，会怎么优化呢？

本文就提供一种思路，通过状态机来简化复杂的 if else 代码逻辑。

读完本文，你会了解到：

*  什么是状态机
 *  什么是状态自动机
 *  typescript 源码是怎么利用状态机使流程更清晰的
 *  词法分析中的状态机
 *  业务代码中如何使用状态机

## 什么是状态机 ##

当处理的情况特别多，我们把每种情况的处理逻辑封装成一个状态，然后不同情况之间的转换变成状态的转换。这种代码组织形式就是状态机。

当每个状态知道输入某一段内容时转到哪一个状态，在一个循环内自动进行状态的流转和不同状态的处理，这种叫做状态自动机（automation），如果一个状态在一种输入下只有一个后续状态，这种就叫做确定性有限状态自动机（DFA）。

状态之间的流转可以通过状态转换图来表示。

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## typescript 源码中的状态机 ##

typescript compiler 就是通过状态机来组织整个编译流程的：

首先 tsc 划分了很多状态，每种状态处理一种逻辑。比如：

*  CreateProgram 把源码 parse 成 ast
 *  SyntaxDiagnostics 处理语法错误
 *  SemanticDiagnostics 处理语义错误
 *  Emit 生成目标代码

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typescript 就通过这种状态的修改来完成不同处理逻辑的流转，如果处理到结束状态就代表流程结束。

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这样使得整体流程可以很轻易的扩展和修改，比如想扩展一个阶段，只要增加一个状态，想修改某种状态的处理逻辑，只需要修改下状态机的该状态的转向。而不是大量的 if else 混杂在一起，难以扩展和修改。

可以看到，状态机使得 typescript 的编译步骤可以灵活的扩展和修改。

## 词法分析中的状态机 ##

其实状态机最常用的地方是用于词法分析，因为每个 token 都是一种处理情况，自然会有很多 if else。

像下面这样用 if else 来做分词自然也可以，这是 wenyan 的词法分析逻辑，但是代码很难维护。

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更好的做法是使用状态机（DFA）来做分词，把每一种 token 的处理封装成一个状态。通过边界条件的判断来做状态流转，比如某个 wxml parser 分了这些状态：

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每种状态处理一种情况的 token 的识别：

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通过状态的变化驱动处理逻辑的流转：

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这样不断的进行各状态之间的流转，当处理到字符串的末尾的时候，就完成了所有的分词。

## 业务代码中的状态机 ##

业务代码中当遇到各种 if else 的判断的时候同样可以用状态机来优化。把每种情况封装成一个状态，通过某一种条件触发状态的流转，然后在状态机里面选择不同的状态处理逻辑进行处理。

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不管是游戏中不同状态做不同的处理逻辑，还是在 ui 项目中不同状态做不同的渲染，当代码逻辑复杂时，难免会有很多 if else，这时候都可以用状态机的思路来做优化。

这样，当后续扩展处理逻辑、修改不同条件下的处理逻辑都变得简单和清晰很多。

## 总结 ##

我们首先明确了状态机的概念：通过不同状态封装不同情况的处理逻辑，通过状态的修改来完成处理逻辑之间的流转。

如果每种状态都知道下一个状态是什么，在一个循环内自动完成状态流转的状态机，就是状态自动机，当状态为有限个时，就是有限状态自动机（DFA）。

typescript compiler 就是通过状态自动机来进行处理，封装了很多个状态，每个状态知道下一个状态是什么，直到处理到终止状态，就结束编译。

词法分析中一般会使用有限状态自动机（DFA）来处理，不同 token 用不同的状态来处理，通过输入字符的不同来做状态的流转，处理完字符串就完成了分词。

业务代码中也经常会有不同情况做不同的处理，这些情况在一定的条件时会做转换的场景，比如类似开始、暂停、结束、重新开始这种。这种代码就很适合用状态机来优化，不然会有很多的 if else。

总之，当逻辑可以划分为不同的情况，各种情况之间会相互转换的时候就可以用状态机来优化，能够免去大量的 if else，并且代码的可读性、可扩展性、可维护性都会有一个很大的提升。

希望这篇文章能够让你知道状态机是什么，什么时候可以用状态机，状态机可以带来哪些提升，真正在代码中用起来。

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## 关于奇舞团 ##

奇舞团是 360 集团最大的大前端团队，代表集团参与 W3C 和 ECMA 会员（TC39）工作。奇舞团非常重视人才培养，有工程师、讲师、翻译官、业务接口人、团队 Leader 等多种发展方向供员工选择，并辅以提供相应的技术力、专业力、通用力、领导力等培训课程。奇舞团以开放和求贤的心态欢迎各种优秀人才关注和加入奇舞团。

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