Python 状态机|极客教程

Python 状态机

在编程中，状态机(State Machine)是一种用来描述对象在不同状态之间发生转变的模型。状态机由一组状态、事件和转移规则组成。在Python中，我们可以通过定义类和方法来实现状态机的功能，使得程序更加清晰和易于维护。

1. 简单状态机示例

下面我们来看一个简单的状态机示例，实现一个简单的自动售货机。售货机有两个状态：待命状态和售出状态，有两种事件：插入硬币和按下按钮。

class VendingMachine:
    def __init__(self):
        self.state = 'standby'

    def insert_coin(self):
        if self.state == 'standby':
            print('Coin inserted')
            self.state = 'sold'
        else:
            print('Cannot insert coin, machine is already in sold state')

    def press_button(self):
        if self.state == 'sold':
            print('Button pressed, item sold')
            self.state = 'standby'
        else:
            print('Cannot press button, machine is not in sold state')

# 使用示例
vm = VendingMachine()
vm.insert_coin()
vm.press_button()

运行结果如下：

Coin inserted
Button pressed, item sold

这个示例中，我们定义了一个简单的自动售货机类VendingMachine，包含了两个状态和两种事件。通过调用insert_coin和press_button方法，可以改变售货机的状态从而模拟不同的行为。

2. 使用Python库实现状态机

除了手动实现状态机外，我们也可以使用现成的Python库来实现状态机，例如transitions库。

from transitions import Machine

# 定义状态机的状态和事件
states = ['standby', 'sold']
transitions = [
    {'trigger': 'insert_coin', 'source': 'standby', 'dest': 'sold'},
    {'trigger': 'press_button', 'source': 'sold', 'dest': 'standby'}
]

class VendingMachine:
    def __init__(self):
        self.machine = Machine(model=self, states=states, transitions=transitions, initial='standby')

    def on_enter_sold(self):
        print('Item sold')

# 使用示例
vm = VendingMachine()
vm.insert_coin()
vm.press_button()

运行结果如下：

Item sold

在这个示例中，我们使用了transitions库来定义状态机，并且通过触发事件来改变状态。Machine类的on_enter_sold方法会在状态转变到sold时被调用，可以用来执行状态转变时的操作。

3. 状态机的应用场景

状态机在实际编程中有很多应用场景，例如有限状态机(FSM)用于网络协议的解析、自动化测试等。下面我们通过一个简单的网络协议解析示例来展示状态机的应用。

class ProtocolParser:
    def __init__(self):
        self.state = 'start'

    def parse(self, data):
        for byte in data:
            if self.state == 'start':
                if byte == b'\x01':
                    self.state = 'length'
            elif self.state == 'length':
                self.length = byte
                self.state = 'payload'
            elif self.state == 'payload':
                self.payload = byte
                self.state = 'end'
            elif self.state == 'end':
                if byte == b'\xff':
                    print('Received packet:', self.payload)
                self.state = 'start'

# 使用示例
parser = ProtocolParser()
parser.parse(b'\x01\x05hello\xff')

运行结果如下：