浅析C#状态机Stateless

什么是状态机？

状态机（State Machine）是一种强大的工具，用来描述系统在不同状态下如何进行状态转移以及如何对状态进行处理。在软件主题下，状态机通常被用于设计一些流程型的业务场景，例如订单状态，审批流程，游戏角色状态等。

介绍Stateless库

Stateless是一个由C#语言编写的状态机库，可以帮助我们快速高效地实现各种状态机相关功能。它提供了一个非常简便的方式来定义和使用状态机，让开发者能够快速地转换状态、执行相应的操作以及产生相关的转移事件。

状态机API详解

下文将通过两个示例详细介绍Stateless的状态机API，帮助读者初步掌握Stateless库。

示例1：订单状态机

1. 状态定义

我们先定义一下状态，假设订单存在以下四种状态：

• 订单已创建（Created）
• 订单已支付（Paid）
• 订单已发货（Delivered）
• 订单已完成（Completed）

定义方式如下所示：

enum OrderState
{
    Created,
    Paid,
    Delivered,
    Completed
}

2. 初始化状态机

使用Stateless库，我们需要初始化一个状态机，定义其转移行为以及具体的操作逻辑。以下是一个订单状态机初始化的示例代码：

// 新建状态机对象
var orderStateMachine = new StateMachine<OrderState, string>(OrderState.Created);

// 定义状态转移行为
orderStateMachine.Configure(OrderState.Created)
    .Permit("Pay", OrderState.Paid);

orderStateMachine.Configure(OrderState.Paid)
    .OnEntry(() => Console.WriteLine("订单已支付成功，请发快递"))
    .Permit("SendDelivery", OrderState.Delivered);

orderStateMachine.Configure(OrderState.Delivered)
    .OnEntry(() => Console.WriteLine("商品已发货"))
    .Permit("Finish", OrderState.Completed);

orderStateMachine.Configure(OrderState.Completed);

// 启动状态机
orderStateMachine.Fire("Pay");
orderStateMachine.Fire("SendDelivery");
orderStateMachine.Fire("Finish");

在以上代码中，我们首先实例化了一个商品订单状态机，将初始状态设为订单已创建。然后，我们对每个订单状态定义了其可转移的状态以及具体执行的操作。例如：订单已支付的状态下，我们首先需要输出提示消息，之后订单就会进入发货的状态。当订单被发货后，同样也需要输出消息提示。最后，当订单完成后，我们不用做任何操作，只需要将状态机停止即可。

最后，我们通过Stateless提供的Fire方法启动状态机，按照预定义的状态转移行为和操作进行状态的转移。如果你需要获取当前状态，可以调用Stateless提供的State属性。

示例2：游戏中的状态机

1. 状态定义

这次我们定义一下角色状态的枚举值：

enum PlayerState
{
    Idle,
    Running,
    Jumping
}

2. 初始化状态机

接下来，我们定义一些常见的状态转移行为和相应的操作。例如：当玩家按下“空格键”时，我们需要让玩家从站立状态进入跳跃状态，之后在跳跃结束后将玩家调整回站立状态。

// 新建状态机对象
var playerStateMachine = new StateMachine<PlayerState, string>(PlayerState.Idle);

// 定义状态转移行为
playerStateMachine.Configure(PlayerState.Idle)
    .Permit("Jump", PlayerState.Jumping)
    .OnExit(() => Console.WriteLine("Idle --> Jumping"));

playerStateMachine.Configure(PlayerState.Jumping)
    .Permit("Land", PlayerState.Idle)
    .OnEntry(() => Console.WriteLine("Jumping --> Idle"));

// 启动状态机
playerStateMachine.Fire("Jump");
playerStateMachine.Fire("Land");

在以上代码中，我们实例化了一个玩家状态机对象，并将其初始状态设为“空闲站立”状态。之后，我们对玩家状态机进行相关配置：在玩家处于“空闲站立”状态时，我们定义空格键按下的动作是从“空闲”状态到“跳跃”状态的转移，并输出状态变化的提示信息。在玩家处于“跳跃”状态时，当其着陆时（也就是“land”事件发生时），我们需要将玩家从“跳跃”状态转换回到“空闲站立”状态，在转移期间同样输出相应的提示信息。

最后，启动状态机，按预定义的状态转移行为进行转移即可。

总结

Stateless是一个功能强大的状态机库，可以直接用于实现许多状态机相关的应用场景，例如订单状态机、游戏状态机等。使用Stateless可以让开发者更加关注状态机本身的设计和功能，减少程序逻辑和转移行为的开发量，提高开发效率，减少出错率。在今后的软件开发中，我们也可以更多地采取状态机式的编程思想，让软件更加稳定更加便于维护。

文章完毕。