在 C# 中实现状态机的最佳（当性能很重要）方法是什么？

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;
}

同时使用 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佳选择。也许性能明智，但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

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 语句来实现。

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

Answer 2

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，以便编译器输出等同于您的 goto 解决方案（因此，速度相同）。实际上，the C# compiler /JITter probably won’t do it。但是由于该解决方案的可读性要高得多（好吧，恕我直言），我只会在经过非常仔细的基准测试证明它在速度方面确实较差之后，用goto 解决方案替换它，或者发生堆栈溢出（不是在这个简单的解决方案中，而是在更大的自动机中遇到这个问题）。

即便如此，我肯定会坚持使用goto case 解决方案。为什么？因为那样你的整个凌乱的goto 意大利面被很好地封装在一个块结构（switch 块）中，你的意大利面条不会破坏其余的代码，防止肉酱。

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 提供了半干净、高效的解决方案。如果性能确实是最重要的（而自动机是瓶颈），请选择结构化的goto case 变体。

Answer 3

还有第四个选项。

使用迭代器来实现状态机。这是nice short article 向您展示如何

虽然它有一些缺点。无法从迭代器外部操作状态。

我也不确定它是否很快。但是你总是可以做一个测试。

Answer 4

切换到 goto 的优点是您可以在变量中拥有状态，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一切的主循环，因为您无法离开它，因为您会丢失状态。

使用 switch 方法，状态机是隔离的，你可以去任何你想处理外部事件的地方。当您返回状态机时，它会从 yuu 停止的地方继续。您甚至可以同时运行多个状态机，这是 goto 版本无法实现的。

我不确定第三种选择的用途，它看起来就像第一种选择，周围有一个无用的开关。

Answer 5

我个人更喜欢使用 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