这篇博客介绍 状态机（State Machine），适合用于嵌入式开发、驱动开发、协议解析、按键识别等多种场景。
一、什么是状态机（State Machine）？
状态机（State Machine）是一种用于描述系统行为的抽象模型，它能够根据当前状态和输入条件，转换到下一个状态，并执行相应操作。
使用场景常见有：
- 按键消抖与识别
- 通信协议（如 UART、Modbus、CAN）
- 嵌入式流程控制（菜单系统、流程调度等）（我们此前的文章为贪吃蛇小游戏设计菜单系统 和 贪吃蛇的状态改变 便用到了状态机）
- Linux 驱动状态切换
- UI 界面状态设计
- …等
二、状态机的基本组成
| 元素 | 说明 |
|---|---|
| 状态（State） | 系统可能处于的状态集合，例如：IDLE、WAIT、RUN |
| 事件/输入（Event） | 触发状态转移的条件，例如：按键按下、超时、数据接收 |
| 动作（Action） | 状态转移时执行的操作，例如：发送数据、点亮LED |
| 转移（Transition） | 状态 + 输入 → 新状态 + 动作 |
状态机分类
| 类型 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
| 有限状态机（FSM） | 状态数量有限，事件驱动型 | 按键识别 |
| Mealy 状态机 | 输出依赖于状态 + 输入 | 通信协议 |
| Moore 状态机 | 输出只依赖当前状态 | 电梯状态控制 |
| 层级状态机 | 状态嵌套，适合复杂系统 | UI 菜单系统 |
三、状态机图示（例：按键识别）
+---------+ 按下 +---------+
| 空闲态 | -------------> | 按下态 |
+---------+ +---------+
^ |
| | 松开
| v
+---------+ <------------- +---------+
| 单击处理 | | 松开态 |
+---------+ 超时 +---------+
四、代码模版说明（结构体 + 函数指针实现）
✅ 1. 状态定义
typedef enum {
STATE_IDLE,
STATE_PRESS,
STATE_RELEASE,
STATE_CLICK,
STATE_MAX
} State_t;
✅ 2. 事件定义
typedef enum {
EVENT_NONE,
EVENT_KEY_DOWN,
EVENT_KEY_UP,
EVENT_TIMEOUT
} Event_t;
✅ 3. 状态处理函数指针表
typedef void (*ActionFunc)(void);
typedef struct {
State_t current_state;
Event_t event;
State_t next_state;
ActionFunc action;
} StateTable_t;
✅ 4. 状态转移表
void do_nothing(void) {}
void handle_click(void) { printf("Click!\n"); }
StateTable_t state_table[] = {
{STATE_IDLE, EVENT_KEY_DOWN, STATE_PRESS, do_nothing},
{STATE_PRESS, EVENT_KEY_UP, STATE_CLICK, handle_click},
{STATE_CLICK, EVENT_TIMEOUT, STATE_IDLE, do_nothing},
{STATE_PRESS, EVENT_TIMEOUT, STATE_IDLE, do_nothing},
};
✅ 5. 状态机执行函数
State_t current_state = STATE_IDLE;
void state_machine_run(Event_t evt) {
for (int i = 0; i < sizeof(state_table)/sizeof(StateTable_t); ++i) {
if (state_table[i].current_state == current_state &&
state_table[i].event == evt) {
if (state_table[i].action) {
state_table[i].action();
}
current_state = state_table[i].next_state;
break;
}
}
}
状态机的实际作用：
场景 状态说明
按键处理 IDLE → PRESS → RELEASE → CLICK
通信协议 WAIT_RX → RECEIVING → PARSE → REPLY
UI 界面 主界面 → 设置界面 → 子菜单 → 返回
电机控制 停止 → 加速 → 稳速 → 减速
使用状态机时需要注意：① 状态机逻辑清晰，避免 if/else 嵌套过深；② 使用结构体+函数指针提高可扩展性；③ 可配合定时器、事件队列使用；④ 状态机应保持单一职责，避免过度复杂。
状态机调试方法：
状态打印 每次状态切换打印当前状态
图示辅助 画状态图帮助理清逻辑
加日志 用 log 函数记录状态流转
使用断点 在 state_machine_run() 中下断点观察转移
状态机是嵌入式开发中最实用的控制逻辑模型之一，掌握它能帮助在程序逻辑中有效管理复杂流程、提高代码可读性与可维护性。
以上，欢迎有从事同行业的电子信息工程、互联网通信、嵌入式开发的朋友共同探讨与提问，我可以提供实战演示或模板库。希望内容能够对你产生帮助！