在C＃中实现状态机的最佳方法（性能何时重要）？

Question

我想出了以下选项：

使用goto语句：

Start:
    goto Data
Data:
    goto Finish
Finish:
    ;

使用switch语句：

switch(m_state) {
    case State.Start:
        m_state = State.Data;
        break;
    case State.Data:            
        m_state = State.Finish;
        break;
    case State.Finish:
        break;
}

使用goto和switch一起：

switch(m_state) {
    case State.Start:
        goto case State.Data2;
    case State.Data1:
        goto case State.Finish;
    case State.Data2:
        m_state = State.Data1;
        //call to a function outside the state machine
        //that could possibly change the state
        break;
    case State.Finish:
        break;
}

我更喜欢使用goto语句的第一个选项，因为它更快，更简洁。 但我不确定它是不是最好的选择。 表现明智，但是当谈到可读性我不知道。 这就是我问这个问题的原因。 您更喜欢哪个选项？为什么？

Answer 1

我更喜欢相互调用/递归函数。 要适应你的例子：

returnvalue Start() {
    return Data();
}

returnvalue Data() {
    return Finish();
}

returnvalue Finish() {
    …
}

从理论上讲，这可以完全内联，因此编译器输出等同于你的goto解决方案（因此速度相同）。 实际上， C＃编译器/ JITter可能不会这样做 。 但是，由于该解决方案是大大更具可读性（好吧，恕我直言），我只会用替换它goto一个非常仔细的标杆证明它是在速度方面的确逊色，或出现堆栈溢出（在此简单的解决方案之后，解决方案但是更大的自动机会遇到这个问题）。

即便如此，我肯定会坚持使用goto case解决方案。 为什么？ 因为那么你的整个凌乱goto面食是公包封的嵌段结构（内部switch块）和您的面条不会裂伤的代码的其余部分，从而防止波伦亚。

总之 ：功能变体很清楚，但通常容易出问题。 goto解决方案很麻烦。 只有goto case提供了一个干净，高效的解决方案。 如果性能确实是最重要的（并且自动机是瓶颈），那么请选择结构化的goto case变体。

Answer 2

切换goto的优点是你在变量中有状态，而不仅仅是在指令指针中。

使用goto方法，状态机必须是控制其他所有内容的主循环，因为你不会因为丢失状态而退出它。

使用切换方法，状态机是隔离的，您可以到任何想要处理外部事件的地方。 当你返回状态机时，它会继续在yuu停止的地方继续。 您甚至可以并排运行多个状态机，这是goto版本无法实现的。

我不确定你在第三种方案中走向何方，它看起来就像是第一种无用的开关。

Answer 3

如果您希望将状态机转换逻辑分解为单独的函数，则只能使用switch语句执行此操作。

switch(m_state) {
        case State.Start:
                m_state = State.Data;
                break;
        case State.Data:                        
                m_state = ComputeNextState();
                break;
        case State.Finish:
                break;
} 

它也更具可读性，并且switch语句（与Goto相比）的开销只会在极少数情况下产生性能差异。

编辑：

您可以使用“转到大小写”来提高性能：

switch(m_state) {
        case State.Start:
                m_state = State.Data; // Don't forget this line!
                goto case State.Data;
        case State.Data:                        
                m_state = ComputeNextState();
                break;
        case State.Finish:
                break;
} 

但是，您可能会忘记更新状态变量。 这可能会在以后导致细微的错误（因为你假设“m_state”被设置），所以我建议避免它。

Answer 4

有第四种选择。

使用迭代器实现状态机。 这是一篇很好的短文，向您展示如何

但它有一些缺点。 从迭代器外部操纵状态是不可能的。

我也不确定它是否很快。 但你总能做一个测试。

Answer 5

我个人更喜欢第二个与goto，因为第一个将需要不必要的循环步骤（例如）进入新状态