在C和C++中实现有限状态机(FSM)并不像理解它们那样简单。尽管FSM的概念相对直观，但编写相关的代码时，常常不得不面对繁琐的模板元编程和重复的代码。为了简化这一过程，开发了一个库，旨在提供一个简洁的接口，同时避免编写大量的样板代码。
本文将首先介绍一个简单的随机数生成器状态机的示例，然后展示如何使用状态机对象，并解释如何设计状态机类。
尽管FSM的概念简单明了，但在C和C++中实现它们却并非易事。作者一直希望有一个简单的库来帮助编写FSM，同时避免编写重复的代码。几年前，作者提供了一个类似的库，但它并不遵循C++标准，依赖于编译器，最终作者放弃了使用它。现在，作者希望有一个更好的库实现。
将从一个简单的随机数生成器状态机的图表开始，然后展示如何使用状态机对象，最后解释如何设计状态机类。
图表展示了一个简单的随机数生成器，它有两个状态：On和Off。初始状态是Off。有三种转换：start、stop和generate。在On状态下，可以省略"start"转换，因为"start"的目的是将机器打开。但是，为了清晰起见，还是画出了它。
在图表的某个地方，会生成一个随机数，但是不清楚这个数字保存在哪里。为了明确，这个数字保存在状态机内部的数据上下文中（用户提供的结构）。这个数据也可以被任何希望观察状态机的人访问。
现在知道了状态机的样子，也知道了定义状态机的三个关键特性。让使用它！上述示例已经通过本文提供的库创建好了。请打开demo fsm.zip文件，并使用CMake为喜欢的编译器或IDE生成项目。
当程序员使用状态机时，他的代码应该看起来像这样：
fsm<NumbersGeneratorTransitions> numbersGenerator;
numbersGenerator.move_to_state<StateOff>();
printf("\nData %X\n", numbersGenerator.state().number);
// 将显示未初始化的数字
numbersGenerator->Start();
numbersGenerator->Generate();
numbersGenerator->Stop();
numbersGenerator->Generate();
printf("\nData %d\n", numbersGenerator.state().number);
// 将显示生成的随机数
请注意，demo fsm.zip中的示例与上述示例类似，但更详细，涵盖了其他一些情况。
对于想要了解幕后实现细节的人来说，作者专门为此部分提供了介绍。
FSM模板接口会要求提供状态转换接口基类（实际的接口）。
template <typename InterfaceT> class fsm
FSM上下文类会再次要求接口和状态类，但永远不会直接访问这个类。它只是作为FSM类的超模板类标记。
template<typename InterfaceT, typename StateT> class fsm_ctx
提供了转换接口的基类。它为转换接口提供了一些服务，包括静态构造函数，某种代理类来处理状态和其他样板代码。
template <typename InterfaceT, typename StateT> class impl_ctx
在开发这个库时，作者试图避免不必要的内存分配，这会导致大量的内存碎片。基本上，在每个状态变化时，新状态的内存应该被分配。不幸的是，如果只使用常规的new操作符来完成这项工作，最终会得到内存碎片。为了避免这种情况，为第一个状态转换接口分配内存，一旦完成并且移动到下一个状态，相同的内存地址将被重用于下一个状态转换接口，除非下一个状态转换接口类比已经分配在内存中的那个大，在这种情况下，将为它分配一个新的内存空间。这样，内存分配在FSM的生命周期内保持静态，与每个状态变化的数千或数百万次内存分配相比。在大多数情况下（和编译器），所有接口的大小预计是相同的，这导致非常优化的内存使用（在这种情况下只分配了一块内存）。
状态转换的构造和析构在状态变化时自动完成（对于用户来说，当然，对于库的开发者来说，这是一个非常手动的过程）。这意味着用户可以使用每个转换接口的构造函数来做一些事情，也可以使用析构函数来清理东西。
如果用户试图在初始化之前使用FSM，将在该事件上抛出异常。