Программирование мобильных устройств на платформе .NET Compact Framework
Шрифт:
Конечный автомат (state machine) (который называют еще и машиной состояний) — весьма полезная концепция, которую удобно использовать для структурирования приложений. Продуманное использование конечных автоматов облегчает организацию и сопровождение как логики пользовательского интерфейса, так и логики приложения. Благодаря этому ваш код будет более гибким и надежным, причем это относится к разработке не только мобильных, но и вообще любых приложений. Поскольку мобильные приложения должны использовать пространство экрана и системные ресурсы эффективно и экономно, конечные автоматы оказываются особенно полезными при разработке мобильного программного обеспечения. Конечные автоматы могут быть использованы для управления тем, какие наборы ресурсов следует удерживать памяти в любой момент времени, а также тем, какие элементы пользовательского интерфейса должны находиться на тех или иных участках экрана
В данной главе вводятся и исследуются методы использования конечных автоматов, и объясняется то, каким образом применение конечных автоматов может способствовать написанию эффективного и надежного кода.
Что такое конечный автомат?
Каждый, кто прослушал курс цифровых логических схем, должен быть хорошо знаком с понятием "конечный автомат". В этой книге используется упрощенный вариант определения конечного автомата. Если прежде с конечными автоматами вам сталкиваться не приходилось, то знайте, что ничего особо сложного в этом нет, и вполне вероятно, что принцип работы конечного автомата сразу же покажется вам интуитивно понятным.
"Состояние" вашего приложения может быть определено как совокупность значений всех его переменных. Значения всех переменных приложения представляют уникальное состояние, которое изменится лишь в результате воздействия какого-либо внешнего события. Примерами подобного рода событий, способных изменить состояние приложения, являются такие события, как нажатие кнопки пользователем, событие, запускаемое при получении сообщения, или же событие таймера. В любой момент времени ваше приложение находится в каком-то определенном состоянии. В результате возмущения этого состояния приложение переходит в другое состояние. Для определения следующего состояния вашего приложения используется его текущее состояние плюс новые входные данные.
Конечный автомат является средством формальной структуризации этой реальности. Вместо того чтобы использовать все переменные приложения в качестве расширенного определения его состояния, конечный автомат создает единственную переменную, в которой хранится информация о некоем важном аспекте состояния приложения. Такой переменной обычно является элемент перечисления (например, int m_myApplicationState) некоторого множества действительных состояний, определяемого глобально или на уровне класса. Мощь подхода, использующего конечный автомат, обусловлена тем, что он позволяет в явном виде определить действительные состояния для некоторого аспекта вашего приложения и задать соответствующие варианты поведения при переходах приложения из одного состояния в другое.
У приложения может быть несколько конечных автоматов, для каждого из которых определяется собственный набор вариантов поведения приложения, подлежащих структуризации. Приложение, для которого конечные автоматы не определены, в действительности является приложением с множеством конечных автоматов; каждая переменная, определенная на уровне приложения, по сути дела сама является конечным автоматом, и любой код может получить доступ к состоянию и изменить его. Конечные автоматы используются для формирования набора взаимосвязанных переменных или вариантов поведения и их логической организации, облегчающей обработку состояний. Конечные автоматы — суть организованное поведение.
На рис. 5.1 в схематическом виде представлен конечный автомат обучающей игры, позволяющей изучать иностранные слова путем выбора одного из предлагаемых вариантов ответа. Поведение приложения разбито на пять логических состояний. Эти логические состояния существуют независимо от того, будут ли они выбраны нами для введения их определений в конечный автомат. Конечный автомат — это просто формальное описание того, как работает приложение. Она позволяет нам ясно представлять себе различные состояния, в которых может находиться приложение в процессе взаимодействия с ним пользователя.
Другим способом представления состояний приложения является построение диаграммы переходов. Эта диаграмма содержит список дискретных состояний, в которых может находиться приложение, а также возможные варианты переходов между состояниями. Список возможных состояний и вариантов перехода из одного состояния в другое для нашего приложения представлен в табл. 5.1.
Рис. 5.1. Конечный автомат для простой обучающей игры, предназначенной для изучения иностранных слов путем выбора правильного ответа из нескольких
Таблица 5.1. Варианты изменения состояний для словарной игры с множественным выбором
| Состояние | Внешний ввод | Следующее состояние |
|---|---|---|
| StartScreen | Пользователь выбрал вариант "Next Question" | AskQuestion |
| StartScreen | Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" | Запрещенный переход! |
| StartScreen | Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" | Запрещенный переход! |
| StartScreen | Пользователь выбрал вариант "End Game" | Запрещенный переход! |
| AskQuestion | Пользователь выбрал вариант "Next Question" | Запрещенный переход! |
| AskQuestion | Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" | CongratulateUser |
| AskQuestion | Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" | ScoldUser |
| AskQuestion | Пользователь выбрал вариант "End Game" | Запрещенный переход! |
| CongratulateUser | Пользователь выбрал вариант "Next Question" | AskQuestion |
| CongratulateUser | Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" | Запрещенный переход! |
| CongratulateUser | Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" | Запрещенный переход! |
| CongratulateUser | Пользователь выбрал вариант "End Game" | StartScreen |
| ScoldUser | Пользователь выбрал вариант "Next Question" | AskQuestion |
| ScoldUser | Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" | Запрещенный переход! |
| ScoldUser | Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" | Запрещенный переход! |
| ScoldUser | Пользователь выбрал вариант "End Game" | StartScreen |
Я решил привести в таблице все возможные перестановки переменных, указанных в столбцах "Состояние" и "Внешний ввод", чтобы проиллюстрировать тот факт, что не любое изменение состояния разрешено. Переходы между состояниями, указанными в строках, для которых в столбце "Следующее состояние" содержится пояснение "Запрещенный переход!", недопустимы в нашем приложении. Если приложение пытается каким-либо образом осуществить такое изменение состояния, значит, в логике его выполнения присутствуют ошибки. В случае если предпринимается попытка выполнения недействительного перехода, логика конечного автомата должна возбуждать исключение или, по крайней мере, использовать оператор ASSERT в режиме отладки. Явная идентификация запрещенных переходов между состояниями облегчает отладку приложений.
В листинге 5.1 представлен код, реализующий определенный выше конечный автомат. Этот код соответствует диаграмме переходов, представленной в табл. 5.1 и на рис. 5.1. Обратите внимание на то, что в приведенной ниже функции участки кода, соответствующие различным изменениям состояний, содержат вызовы функций, отключенные с помощью символов комментариев. Эти функциональные вызовы представляют ту часть работы, которая должна быть выполнена для соответствующего изменения состояния, и отключены символами комментариев с той целью, чтобы приведенный ниже код можно было компилировать как независимый блок; реализация вызываемых функций остается за вами. Для определения текущего варианта изменения состояния удобно использовать блок операторов switch/case.