Qt中狀態(tài)機(jī)框架QState的實現(xiàn)
QState是Qt狀態(tài)機(jī)框架（Qt State Machine Framework）的核心類，用于建模離散狀態(tài)以及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換邏輯，廣泛應(yīng)用于UI交互流程、設(shè)備狀態(tài)管理、工作流控制等場景。它基于UML狀態(tài)圖規(guī)范設(shè)計，支持層次化狀態(tài)、并行狀態(tài)、歷史狀態(tài)等高級特性，能夠簡化復(fù)雜狀態(tài)邏輯的實現(xiàn)。
一、核心定位與繼承關(guān)系
QState繼承自QAbstractState（抽象狀態(tài)基類），而QAbstractState又繼承自QObject，因此QState具備Qt對象模型的所有特性（如信號槽、元對象系統(tǒng)、父子關(guān)系管理）。其核心作用是：
- 封裝一個離散狀態(tài)的l行為（進(jìn)入/退出時的動作）；
- 管理狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換規(guī)則（
QAbstractTransition）； - 支持子狀態(tài)嵌套，構(gòu)建層次化狀態(tài)機(jī)；
- 與
QStateMachine配合，實現(xiàn)狀態(tài)的自動切換。
狀態(tài)機(jī)的基本構(gòu)成包括：
- 狀態(tài)（State）：如
QState、QParallelState（并行狀態(tài)）、QHistoryState（歷史狀態(tài)）； - 轉(zhuǎn)換（Transition）：如
QSignalTransition（信號觸發(fā)）、QEventTransition（事件觸發(fā)）； - 事件（Event）：觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的信號、Qt事件或自定義事件；
- 狀態(tài)機(jī)（State Machine）：
QStateMachine，負(fù)責(zé)調(diào)度狀態(tài)切換與事件處理。
二、基礎(chǔ)用法：狀態(tài)創(chuàng)建與轉(zhuǎn)換
1. 狀態(tài)的創(chuàng)建與添加
通過QStateMachine管理狀態(tài)，需先創(chuàng)建狀態(tài)實例并添加到狀態(tài)機(jī)中：
#include <QStateMachine> #include <QState> #include <QPushButton> QStateMachine *machine = new QStateMachine; // 創(chuàng)建狀態(tài) QState *s1 = new QState(machine); // 直接指定父對象為狀態(tài)機(jī) QState *s2 = new QState; machine->addState(s2); // 或通過addState()添加 // 設(shè)置初始狀態(tài)（狀態(tài)機(jī)啟動時進(jìn)入的第一個狀態(tài)） machine->setInitialState(s1);
2. 狀態(tài)轉(zhuǎn)換的定義
狀態(tài)轉(zhuǎn)換（QAbstractTransition）是狀態(tài)切換的規(guī)則，需指定“觸發(fā)條件”和“目標(biāo)狀態(tài)”。QState通過addTransition()方法添加轉(zhuǎn)換，常用轉(zhuǎn)換類型包括：
（1）信號觸發(fā)轉(zhuǎn)換（QSignalTransition）
最常用的轉(zhuǎn)換類型，當(dāng)特定信號發(fā)射時觸發(fā)狀態(tài)切換：
QPushButton *btn = new QPushButton("Next");
// 當(dāng)btn發(fā)射clicked()信號時，從s1轉(zhuǎn)換到s2
s1->addTransition(btn, &QPushButton::clicked, s2);
// 進(jìn)階：轉(zhuǎn)換可攜帶動作（通過onTransition()信號）
QSignalTransition *trans = s1->addTransition(btn, &QPushButton::clicked, s2);
connect(trans, &QSignalTransition::onTransition, [](){
qDebug() << "從s1切換到s2"; // 轉(zhuǎn)換過程中執(zhí)行的動作
});
（2）事件觸發(fā)轉(zhuǎn)換（QEventTransition）
基于Qt事件（如QKeyEvent、QMouseEvent）觸發(fā)轉(zhuǎn)換：
#include <QEventTransition> // 當(dāng)s1收到QEvent::KeyPress事件時，轉(zhuǎn)換到s2 QEventTransition *keyTrans = new QEventTransition(btn, QEvent::KeyPress); keyTrans->setTargetState(s2); s1->addTransition(keyTrans);
（3）守衛(wèi)條件（Guard）
轉(zhuǎn)換可設(shè)置守衛(wèi)條件（布爾函數(shù)），僅當(dāng)條件為true時才執(zhí)行轉(zhuǎn)換：
// 定義守衛(wèi)函數(shù)（返回bool）
bool canTransition() {
return someCondition; // 例如：檢查輸入是否合法
}
// 為轉(zhuǎn)換設(shè)置守衛(wèi)
trans->setGuard(canTransition); // 僅當(dāng)canTransition()為true時，轉(zhuǎn)換才生效
三、狀態(tài)行為：進(jìn)入與退出動作
QState在進(jìn)入（entered）和退出（exited）時會發(fā)射對應(yīng)信號，可通過信號槽機(jī)制綁定狀態(tài)切換時的動作。此外，還可通過onEntry()和onExit()方法直接設(shè)置動作函數(shù)。
1. 信號綁定方式
// 進(jìn)入s1時執(zhí)行動作
connect(s1, &QState::entered, [](){
qDebug() << "進(jìn)入狀態(tài)s1";
// 例如：更新UI顯示、啟動定時器
});
// 退出s1時執(zhí)行動作
connect(s1, &QState::exited, [](){
qDebug() << "退出狀態(tài)s1";
// 例如：停止定時器、保存臨時數(shù)據(jù)
});
2. 動作函數(shù)方式
通過assignProperty()可在進(jìn)入狀態(tài)時自動為對象設(shè)置屬性，簡化UI狀態(tài)管理：
QPushButton *btn = new QPushButton("Click me");
// 進(jìn)入s1時，將btn的text屬性設(shè)為"狀態(tài)1"，enabled設(shè)為true
s1->assignProperty(btn, "text", "狀態(tài)1");
s1->assignProperty(btn, "enabled", true);
// 進(jìn)入s2時，更新btn屬性
s2->assignProperty(btn, "text", "狀態(tài)2");
s2->assignProperty(btn, "enabled", false);
當(dāng)狀態(tài)激活時，assignProperty()設(shè)置的屬性會自動應(yīng)用到目標(biāo)對象，退出狀態(tài)時不會自動恢復(fù)（需手動在exited信號中處理）。
四、層次化狀態(tài)：父狀態(tài)與子狀態(tài)
QState支持嵌套子狀態(tài)，形成層次化結(jié)構(gòu)（父狀態(tài)包含子狀態(tài)），這是實現(xiàn)復(fù)雜狀態(tài)邏輯的核心特性。
1. 子狀態(tài)的添加與初始子狀態(tài)
// 創(chuàng)建父狀態(tài) QState *parentState = new QState; // 創(chuàng)建子狀態(tài)（指定父狀態(tài)） QState *child1 = new QState(parentState); QState *child2 = new QState(parentState); // 設(shè)置父狀態(tài)的初始子狀態(tài)（進(jìn)入父狀態(tài)時自動進(jìn)入該子狀態(tài)） parentState->setInitialState(child1);
2. 層次化狀態(tài)的行為規(guī)則
- 進(jìn)入父狀態(tài)：先執(zhí)行父狀態(tài)的
entered動作，再進(jìn)入其初始子狀態(tài)（執(zhí)行子狀態(tài)的entered動作）； - 退出父狀態(tài)：先退出當(dāng)前活躍的子狀態(tài)（執(zhí)行子狀態(tài)的
exited動作），再執(zhí)行父狀態(tài)的exited動作； - 子狀態(tài)轉(zhuǎn)換限制：子狀態(tài)的轉(zhuǎn)換默認(rèn)只能在同一父狀態(tài)的子狀態(tài)間進(jìn)行，若需轉(zhuǎn)換到外部狀態(tài)，需顯式指定目標(biāo)。
示例：播放器的“播放中”狀態(tài)（父狀態(tài)）包含“正常播放”和“快進(jìn)”子狀態(tài)：
QState *playing = new QState; // 父狀態(tài)：播放中 QState *normalPlay = new QState(playing); // 子狀態(tài)：正常播放 QState *fastForward = new QState(playing); // 子狀態(tài)：快進(jìn) playing->setInitialState(normalPlay); // 子狀態(tài)間轉(zhuǎn)換：正常播放 → 快進(jìn)（按快進(jìn)鍵） normalPlay->addTransition(fastForwardBtn, &QPushButton::clicked, fastForward); // 子狀態(tài)轉(zhuǎn)換到外部狀態(tài)：任何子狀態(tài)下按停止鍵 → 停止?fàn)顟B(tài) playing->addTransition(stopBtn, &QPushButton::clicked, stopped);
五、特殊狀態(tài)類型
1. 并行狀態(tài)（QParallelState）
用于建模同時活躍的多個狀態(tài)（如設(shè)備同時處于“聯(lián)網(wǎng)”和“充電”狀態(tài)）。QParallelState是QState的子類，其所有子狀態(tài)會同時進(jìn)入和退出。
#include <QParallelState> QParallelState *parallel = new QParallelState; // 兩個并行子狀態(tài) QState *networkState = new QState(parallel); // 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) QState *powerState = new QState(parallel); // 電源狀態(tài) // 進(jìn)入parallel時，networkState和powerState同時激活 machine->setInitialState(parallel);
并行狀態(tài)的退出規(guī)則：所有子狀態(tài)退出后，并行狀態(tài)才會退出。
2. 歷史狀態(tài)（QHistoryState）
用于保存父狀態(tài)中最后活躍的子狀態(tài)，當(dāng)父狀態(tài)再次進(jìn)入時，自動恢復(fù)到該子狀態(tài)（避免重復(fù)初始化）。分為兩種類型：
- 淺歷史（默認(rèn)）：僅恢復(fù)直接子狀態(tài)的歷史；
- 深歷史：遞歸恢復(fù)所有嵌套子狀態(tài)的歷史（通過
setDeepHistory(true)啟用）。
#include <QHistoryState> QState *parent = new QState; QState *child1 = new QState(parent); QState *child2 = new QState(parent); parent->setInitialState(child1); // 創(chuàng)建歷史狀態(tài)（作為parent的子狀態(tài)） QHistoryState *history = new QHistoryState(parent); // 啟用深歷史（可選） history->setDeepHistory(true); // 從外部狀態(tài)轉(zhuǎn)換到history時，恢復(fù)parent的最后活躍子狀態(tài) externalState->addTransition(backBtn, &QPushButton::clicked, history);
六、狀態(tài)機(jī)的運行與生命周期
1. 狀態(tài)機(jī)的啟動與停止
// 啟動狀態(tài)機(jī)（開始處理事件并進(jìn)入初始狀態(tài)） machine->start(); // 停止?fàn)顟B(tài)機(jī)（退出當(dāng)前狀態(tài)，暫停事件處理） machine->stop();
狀態(tài)機(jī)啟動后，會觸發(fā)初始狀態(tài)的entered信號，并開始監(jiān)聽事件以驅(qū)動轉(zhuǎn)換。
2. 狀態(tài)機(jī)的完成與終止
當(dāng)狀態(tài)機(jī)進(jìn)入“終止?fàn)顟B(tài)”（QFinalState）時，會發(fā)射finished()信號并停止運行：
#include <QFinalState> QFinalState *final = new QFinalState(machine); // 從s2轉(zhuǎn)換到終止?fàn)顟B(tài) s2->addTransition(quitBtn, &QPushButton::clicked, final); // 狀態(tài)機(jī)完成時退出程序 connect(machine, &QStateMachine::finished, qApp, &QApplication::quit);
七、高級特性與底層機(jī)制
1. 事件優(yōu)先級與處理順序
狀態(tài)機(jī)的事件處理遵循以下規(guī)則：
- 子狀態(tài)的事件處理器優(yōu)先于父狀態(tài)；
- 同一狀態(tài)的多個轉(zhuǎn)換按添加順序檢查（守衛(wèi)條件先滿足者觸發(fā)）；
- 并行狀態(tài)的子狀態(tài)獨立處理事件，互不干擾。
2. 自定義轉(zhuǎn)換與事件
通過繼承QAbstractTransition可實現(xiàn)自定義轉(zhuǎn)換邏輯，通過QEvent子類可定義自定義事件：
// 自定義事件
class MyEvent : public QEvent {
public:
static const QEvent::Type Type = static_cast<QEvent::Type>(QEvent::User + 1);
MyEvent() : QEvent(Type) {}
};
// 自定義轉(zhuǎn)換（監(jiān)聽MyEvent）
class MyTransition : public QAbstractTransition {
protected:
bool eventTest(QEvent *e) override {
return e->type() == MyEvent::Type; // 僅響應(yīng)MyEvent
}
void onTransition(QEvent *) override {
// 轉(zhuǎn)換動作
}
};
// 使用自定義轉(zhuǎn)換
MyTransition *trans = new MyTransition;
trans->setTargetState(s2);
s1->addTransition(trans);
3. 調(diào)試與狀態(tài)監(jiān)控
Qt提供QStateMachine::setDebuggingEnabled(true)開啟調(diào)試日志，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程：
machine->setDebuggingEnabled(true); // 控制臺會打印狀態(tài)切換日志
也可通過QState::active()方法實時檢查狀態(tài)是否活躍：
if (s1->active()) {
qDebug() << "當(dāng)前處于s1狀態(tài)";
}
八、常見問題
- 狀態(tài)轉(zhuǎn)換循環(huán)：避免無守衛(wèi)條件的循環(huán)轉(zhuǎn)換（如
s1→s2→s1），可能導(dǎo)致狀態(tài)機(jī)無限切換； - 子狀態(tài)與父狀態(tài)的信號沖突：子狀態(tài)的
entered信號會在父狀態(tài)之后觸發(fā)，需注意動作執(zhí)行順序； - 并行狀態(tài)的同步：并行子狀態(tài)的轉(zhuǎn)換獨立，若需同步退出，可統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到同一個終止?fàn)顟B(tài)；
- 歷史狀態(tài)的濫用：僅在需要恢復(fù)狀態(tài)時使用，過度使用會增加狀態(tài)機(jī)復(fù)雜度；
- 性能考量：復(fù)雜狀態(tài)機(jī)（>100個狀態(tài)）需避免頻繁轉(zhuǎn)換，可通過合并狀態(tài)減少開銷。
QState作為Qt狀態(tài)機(jī)框架的核心，通過封裝狀態(tài)行為、轉(zhuǎn)換規(guī)則和層次化結(jié)構(gòu)，大幅簡化了復(fù)雜狀態(tài)邏輯的實現(xiàn)。其特性包括：支持信號/事件觸發(fā)的轉(zhuǎn)換、狀態(tài)進(jìn)入/退出動作、屬性自動賦值、層次化與并行狀態(tài)、歷史狀態(tài)恢復(fù)等。
到此這篇關(guān)于Qt中狀態(tài)機(jī)框架QState的實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Qt 狀態(tài)機(jī)框架QState內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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