工作中應用到了狀態機，學習過程中發現，如果狀態機使用得當，那麼就會事半功倍。中間也陸陸續續學習研究了狀態機的相關知識。所以，在這裡做個總結，同時也分享出來。
本文首先簡單介紹狀態機的基本知識（建議找專門專業的介紹狀態機的書籍進行學習），然後基於十字轉門的例子，以遷移表的方式來實現有限狀態機的功能，接著再介紹經典的狀態機模式，最後重點介紹boost startchart的相關知識點，boost startchart是boost實現的狀態機庫，它幾乎支持了所有的UML中狀態機的特性，主要學習的途徑就是官網提供的指南，該指南信息量很大，但是學習起來有點費勁，而且例子也不夠完整，所以，本文也會基於它提供的例子，比如hello world、秒表、數位相機，重新梳理總結它的應用方式，至於高級議題，可能需要再花時間進行研究。
一、狀態機基本知識
一般狀態機由三個元素組成：狀態、事件、反應。而反應在boost startchart包括轉移、動作等。一個狀態可以對應一個或者多個反應。
當前狀態收到事件後，執行反應，然後轉變為新的狀態。該流程會使用下圖的方式來表示。
狀態機通常都需要有歷史狀態，可以用來恢復，它分為淺歷史和深歷史兩類。
歷史狀態是偽狀態， 其目的是記住從組合狀態中退出時所處的子狀態， 當再次進入組合狀態時， 可以直接進入這個子狀態， 而不是再從組合狀態的初態開始。
淺歷史狀態， 只記住最外層組合狀態的歷史，使用大寫H來表示。
深歷史狀態， 可以記住任意深度的組合狀態的歷史，使用大寫H和星號組合來表示。
二、遷移表
進出地鐵的時候，有時候設置的是一個十字轉門，十字轉門默認是鎖的狀態，當投入硬幣之後，當前十字轉門就會變成解鎖狀態，當人通過之後，十字轉門又會變成鎖的狀態。當十字轉門是鎖的狀態，但是強行通過，就會發出警告信息。其狀態的轉換如下圖所示。
接下來，我們通過遷移表的方式來說實現上圖的狀態機圖。
首先定義實現動作類接口和實現，即unlock/lock/alarm/thanks。這裡定義十字轉門的控制接口JTurnstileControlInterface，主要是依據開閉原則，當動作類的功能改變的時候，只需要繼承JTurnstileControlInterface接口類，然後重新實現對應的接口函數。
然後定義狀態和事件，LOCKED和UNLOCKED表示的是十字轉門的狀態，COIN和PASS表示的是十字轉門收到的事件。
有了上面的基礎之後，最後就可以以遷移表的方式來實現十字轉門的狀態機圖。
定義十字轉門類，構造函數接受動作類，event接收事件，Transition是存儲狀態轉移關係的內部類。
實現十字轉門類，event是處理接收到事件的函數，該函數會遍歷vector向量中存儲的狀態遷移表，如果匹配到對應的事件，那麼修改當前的狀態，並且執行對應的動作。
實現完成十字轉門之後，現在就來驗證下效果，首先創建十字轉門的動作對象指針，將其傳入十字轉門對象的構造函數，然後調用event函數，傳入事件COIN, 執行完成之後，再傳入事件PASS，來查看當前動作的執行是否正確。
最後運行程序，輸出的信息如下，從中可以看到，接收到COIN事件，執行了unlock動作，接收到PASS事件，執行了lock動作，這個符合預期。
三、狀態機模式
上面通過遷移表的方式來實現狀態機圖，接下來就來介紹狀態機模式，該設計模式也是比較經典的。它將狀態邏輯與動作解耦，context是上下文對象，它主要實現動作功能，該狀態機的模式的主要關鍵點是，狀態對象持有context上下文對象的指針。
定義狀態基類、狀態A和狀態B
接著實現定義狀態基類、狀態A和狀態B
最後關鍵是定義上下文對象context, 其中聲明State為Context的友元類，這表明在State類中可以訪問 Context 類的 private 欄位。
實現上下文對象context
實現完成所有狀態機相關的代碼之後，現在就來驗證下狀態的轉移效果。
運行輸出的列印信息如下，狀態的轉移從A到B，再到A。
四、boost startchart
boost startchart是boost實現的狀態機庫，它幾乎支持了所有的UML中狀態機的特性。
首先來看下一個簡單的實現來初步了解其使用方法和機制。boost::statechart的狀態機，它大量了引用了CRTP, 基本思想要點是：派生類要作為基類的模版參數。更詳細的原理可以參考學會了這麼神奇的模版模式，讓你C++模版編程之路事半功倍。首先需要實現繼承state_machine的類Machine，其初始狀態為Greeting。然後再實現繼承simple_state的狀態Greeting。
然後看下如何啟動和使用上面實現的」hello world」的功能。狀態機Machine構建完成之後，需要調用initiate讓它運行，並且進入初始狀態Greeting。
下面來實現稍微複雜的秒表功能，該秒表有兩個按鈕：開始/接收(Start/Stop) 和 重置（Reset）, 對應有兩個狀態Stopped和Running。其狀態圖如下所示。
首先定義兩個事件EvStartStop和EvReset，所有事件都要繼承event
然後實現繼承state_machine的秒表StopWatch狀態機，其初始狀態為Active。
接著實現Active狀態，m_dElapsedTime是記錄當前秒表走的時長，simple_state接受四個參數，第一個參數當然就是Active本身，第二個參數因為Active是最外層的狀態，所以要設置它所屬的狀態機為StopWatch，第三個參數則是設置Active的初始狀態為Stopped。注意「typedef boost::statechart::transition< EvReset, Active > reactions; 的格式是固定的，表示如果收到EvReset事件，那麼轉移到Active狀態。
定義IElapsedTime接口類，它由Running和Stopped兩個狀態來繼承和實現
實現Stopped狀態，它指定Active為它的context, 這樣它就會嵌套到Active中，這裡實現的ElapsedTime函數，主要用於在Stopped狀態下，StopWatch可以獲取當前秒表的值。
實現Running狀態，同樣的，它也指定Active為它的context, 這樣它就會嵌套到Active中。注意Running狀態下使用context<Active>則直接訪問Running的直接外層狀態Active.
完成秒表的所有實現之後，現在就可以編寫測試代碼來測試狀態的轉移情況。
編譯運行之後的列印信息如下，可以看出開始秒表的時長是0，發布EvStartStop事件之後，秒表的時長就不為0，當發布EvReset事件之後，秒表的時長再次變成0，說明重新進入了Active狀態，m_dElapsedTime變量重置為0。
因為一個狀態的context必須是一個完整的類型（即不可以是前向聲明），所以狀態機必須是由外而內進行定義，比如，上面秒表的總是從狀態機（StopWatch）開始，接下來是外層的狀態(Active), 最後才是外層狀態的直接內層狀態(Running/Stopped)。
秒表的功能已經介紹完成了，如果掌握了，就可以編寫由幾個狀態的簡單應用。對於稍多的狀態，就需要「數位相機」登場了。一個狀態可以由同一個事件觸發的多個反應。這個就需要定製化反應。
假設一個數位相機由以下兩個控制鍵，快門鍵和配置鍵。快門鍵分為快按和半按，對應事件為EvShutterHalf, EvShutterFull 和 EvShutterReleased；配置鍵對應事件為EvConfig。狀態機圖如下所示：
首先定義基本的事件，EvShutterHalf/EvShutterFull/EvShutterRelease/EvConfig/EvInFocus
實現數位相機的狀態機Camera, 其初始狀態為NotShooting
然後實現NotShooting狀態，其初始內層狀態為Idle, 注意我們這裡使用了定製化反應custom_reaction, 這裡只需指定事件，而實際的反應在react成員函數中實現。
實現Idle狀態，其外層狀態為NotShooting
實現Configuring狀態，其外層狀態為NotShooting。
實現Shooting狀態，所屬狀態機Camera, Shooting的初始狀態為Focusing
實現Focusing狀態，其外層狀態為Shooting。
實現Focused狀態，其外層狀態為Shooting。
實現Storing狀態，其外層狀態為Shooting。
完成數位相機的所有實現之後，現在就可以開始進行驗證效果。
運行輸出的信息如下，發布不同的事件，就會執行不同的反應，並且切換到其他狀態。
五、總結
至此，已經將基於遷移表實現的狀態機，狀態機設計模式以及boost statechart中的秒表和數位相機的功能介紹完畢。
遷移表實現的狀態機關鍵點就是狀態遷移關係正確存入映射表中，狀態機設計模式則關鍵在於context上下文，其狀態會持有該context對象指針，而boost statechart的狀態機的實現，關鍵是要畫出正確的狀態圖，然後依據狀態圖來定義事件、實現狀態機、再實現外層狀態，接著再實現內層狀態。
這裡介紹的狀態機相關知識，只能說算是一個入門知識總結，更深入的議題還需要不斷學習和實踐來加深理解，比如異步狀態機、歷史、異常處理等。