在 C# 中实现状态机的最佳（当性能很重要时）方法是什么？

Question

我提出了以下选项：

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;
}

一起使用 goto 和 switch：

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，因为它更快且更简洁。但我不确定这是否是最好的选择。也许在性能方面，但在可读性方面我不知道。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。调整您的示例：

returnvalue Start() {
    return Data();
}

returnvalue Data() {
    return Finish();
}

returnvalue Finish() {
    …
}

理论上，这个可以完全内联，以便编译器输出相当于您的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< /a>.但由于该解决方案的可读性要高得多（嗯，恕我直言），只有在经过非常仔细的基准测试证明它在方面确实较差之后，我才会将其替换为 goto 解决方案速度，或者发生堆栈溢出（不是在这个简单的解决方案中，而是更大的自动机遇到这个问题）。

即便如此，我肯定会坚持goto case解决方案。为什么？因为这样你的整个凌乱的 goto 意大利面就会被很好地封装在块结构（switch 块）中，并且你的意大利面不会破坏其余的代码，从而阻止博洛尼亚语。

结论：功能变体很明确，但通常容易出现问题。 goto 解决方案很混乱。只有goto case提供了一半干净、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），请选择结构化的 goto case 变体。

Answer 2

与 goto 相比，switch 的优点是您可以将状态保存在变量中，而不仅仅是指令指针中。

使用 goto 方法，状态机必须是控制其他一切的主循环，因为您无法退出它，因为您会丢失状态。

使用 switch 方法，状态机是隔离的，您可以去任何您想要处理来自外部的事件。当您返回状态机时，它只会从 yuu 中断的地方继续。您甚至可以让多个状态机并行运行，这是 goto 版本不可能实现的。

我不确定你对第三种选择的去向，它看起来就像第一种选择，但周围有一个无用的开关。

Answer 3

还有第四个选项。

使用迭代器来实现状态机。这是一个 不错的简短内容文章向您展示了

它是如何实现的，但它也有一些缺点。从迭代器外部操作状态是不可能的。

我也不确定它是否很快。但您始终可以进行测试。

Answer 4

如果您想将状态机转换逻辑分解为单独的函数，则只能使用 switch 语句来完成。

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（相对于 Goto）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“goto case”来进行小的性能改进：

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;
} 

但是您可能会面临忘记更新状态变量的风险。这可能会导致稍后出现微妙的错误（因为您假设设置了“m_state”），所以我建议避免它。

Answer 5

就我个人而言，我更喜欢带有 goto 的第二个，因为第一个将需要不必要的循环步骤（例如）才能进入新状态