# 練習 30：有限狀態機 > 原文：[Exercise 30: Finite State Machines](https://learncodethehardway.org/more-python-book/ex30.html) > 譯者：[飛龍](https://github.com/wizardforcel) > 協議：[CC BY-NC-SA 4.0](http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/) > 自豪地采用[谷歌翻譯](https://translate.google.cn/) 每當你閱讀一本關于解析的書，都有一個可怕的章節，關于有限狀態機（FSM）。他們對“邊”和“節點”進行了詳細的分析，每個可能的“自動機”的組合被轉換成其他自動機，坦率地說，它有點多了。FSM 有一個更簡單的解釋，使得它們實用并且可理解，而不會違背相同主題的純理論版本。當然你不會向 ACM 提交論文，因為你不知道 FSM 背后的所有數學知識，但如果你只想在應用程序中使用它們，那么它們就足夠簡單了。 FSM 是組織事件一種方式，事件發生在一系列狀態上。定義事件的另一種方法是“輸入觸發器”，類似于`if`語句中的布爾表達式，但通常不太復雜。事件可以是按鈕點擊，從流中接收字符，更改日期或時間，以及幾乎任何用于聲明事件的東西。狀態就是你的 FSM 停止的任何“位置”，同時它等待更多的事件，并且你定義的每個狀態都允許事件（輸入）。事件往往是暫時的，而狀態通常是固定的，而且二者都是可以存儲的數據。最后，你可以將代碼附加到事件或狀態，甚至決定在進入狀態時，狀態中或退出狀態時是否應運行代碼。 FSM 只是一種方法，在執行中不同位置發生不同事件時，使用白名單列出可能運行的代碼。在 FSM 中，當你收到意外事件時，你會發生故障，因為你必須明確說明每個狀態允許哪些事件（或條件）。`if`語句也可以處理可能的分支，但它是一個可能性的黑名單。如果你忘記了`else`子句，那么你的`if-elif`條件沒有覆蓋的任何東西都會退回默認。 讓我們將其拆解： + 你擁有狀態，這是 FSM 當前所在位置的存儲指示器。狀態可以是“開始”，“按下某鍵”，“中止”或類似的方式，描述執行的可能位置中的 FSM 的位置。每個狀態都意味著正在等待某事發生，在決定下一步做什么之前。 + 你擁有事件，可以將 FSM 從一個狀態移動到另一個狀態。事件可以是“按下某鍵”，“套接字連接失敗”，“文件保存”，并表示 FSM 接收到一些外部刺激，因此必須決定要做什么，以及下一個狀態是什么。一個事件甚至可以回到同一個狀態，這是你循環的方式。 + 根據發生的事件，FSM 從一個狀態轉換到另一個狀態，并且僅僅由于為狀態提供的確切事件（盡管其中一個事件可以定義為“任何事件”）。他們不會“意外”轉移狀態，你可以通過查看收到的事件和訪問的狀態，精確地跟蹤他們從一個狀態轉移到另一個狀態。這使得它們非常容易調試。 + 在狀態轉換之前，之后和期間，你可以在每個事件上運行代碼。這意味著你可以在收到事件時運行一些代碼，然后決定在該狀態下基于該事件做什么，然后在離開該狀態之前再次運行代碼。這種執行代碼的功能使得 FSM 非常強大。 + 有時候“沒有”也是一個事件。這很好很強大，因為這意味著即使沒有發生任何事情，你也可以將 FSM 轉換到新的狀態。然而，實際上，“沒有”往往是隱含的事件“再來一次”或“醒來”。在其他情況下，這個狀態的意思是，“不確定，也許下一個事件會告訴我是什么狀態。” FSM 的力量是能夠明確地說明每個事件，事件只是正在接收的數據。這使得它們非常容易進行調試，測試和正確實現，因為你確切地知道每個狀態的可能性，以及在每個狀態中，對于每個事件可能發生的情況。在本練習中，你將要研究 FSM 庫和使用它的 FSM 實現，來了解它們如何工作。 ## 挑戰練習 我創建了一個 FSM 模塊，處理一些簡單的事件來處理 Web 服務器的連接。這是一個虛構的 FSM，為你提供一個在 Python 中快速編寫 FSM 的例子。它只是處理連接的基本框架，連接從套接字讀取和寫入，并且它缺少一些重要的東西，但這只是供你使用的一個很小的例子。 ```py def START(): return LISTENING def LISTENING(event): if event == "connect": return CONNECTED elif event == "error": return LISTENING else: return ERROR def CONNECTED(event): if event == "accept": return ACCEPTED elif event == "close": return CLOSED else: return ERROR def ACCEPTED(event): if event == "close": return CLOSED elif event == "read": return READING(event) elif event == "write": return WRITING(event) else: return ERROR def READING(event): if event == "read": return READING elif event == "write": return WRITING(event) elif event == "close": return CLOSED else: return ERROR def WRITING(event): if event == "read": return READING(event) elif event == "write": return WRITING elif event == "close": return CLOSED else: return ERROR def CLOSED(event): return LISTENING(event) def ERROR(event): return ERROR ``` 也有一個小測試，向你展示如何運行這個 FSM： ```py import fsm def test_basic_connection(): state = fsm.START() script = ["connect", "accept", "read", "read", "write", "close", "connect"] for event in script: print(event, ">>>", state) state = state(event) ``` 你在本練習中的挑戰是，將此示例模塊變成一個更強大和通用的 FSM Python 類。你應該使用它作為一系列線索，來了解如何處理進入的事件，狀態如何作為 Python 函數，以及如何進行隱式的轉換。看看我有時候為下一個狀態返回函數，但其??他時候我會返回一個狀態函數的調用？試著弄清楚為什么我會這樣做，因為它在 FSM 中非常重要。 為了完成這個挑戰，你需要學習 Python [`inspect`](https://docs.python.org/3/library/inspect.html)模塊，看看你可以用 Python 對象和類來做什么。有一些特殊的變量，如`__dict__`以及`inspect`中的函數，可幫助你窺探類或對象并查找函數。 你也可以決定要反轉此設計。你可以將事件作為子類中的函數，并在事件函數內檢查當前的`self.state`，來確定接下來要執行的操作。這完全都取決于你正在處理什么，你是否擁有更多的事件還是狀態，當時什么有意義。 最后，你可以使用一個設計，其中有一個`FSMRunner`類，它只知道如何運行這樣設計的模塊。這比一個知道如何運行自身實例的單一類有一些優點，但也有一些問題。例如，`FSMRunner`如何跟蹤當前狀態？它放在模塊中還是在`FSMRunner`的實例中？ ## 研究性學習 + 使你的測試更加泛用，并為你熟悉的完全不同的領域做一個FSM。 + 添加一個功能，啟動在你的實現中運行的事件的日志。使用 FSM 處理事件的最大優點之一是，可以存儲和記錄 FSM 收到的所有事件和狀態。這可以讓你調試，為什么它達到你不需要的狀態。 ## 深入學習 你應該仔細研究 FSM 背后的數學。我這里的小例子不是完全形式化的概念版本，以便你能理解它。