Конечный автомат является средством формальной структуризации этой реальности. Вместо того чтобы использовать все переменные приложения в качестве расширенного определения его состояния, конечный автомат создает единственную переменную, в которой хранится информация о некоем важном аспекте состояния приложения. Такой переменной обычно является элемент перечисления (например, int m_myApplicationState) некоторого множества действительных состояний, определяемого глобально или на уровне класса. Мощь подхода, использующего конечный автомат, обусловлена тем, что он позволяет в явном виде определить действительные состояния для некоторого аспекта вашего приложения и задать соответствующие варианты поведения при переходах приложения из одного состояния в другое.
У приложения может быть несколько конечных автоматов, для каждого из которых определяется собственный набор вариантов поведения приложения, подлежащих структуризации. Приложение, для которого конечные автоматы не определены, в действительности является приложением с множеством конечных автоматов; каждая переменная, определенная на уровне приложения, по сути дела сама является конечным автоматом, и любой код может получить доступ к состоянию и изменить его. Конечные автоматы используются для формирования набора взаимосвязанных переменных или вариантов поведения и их логической организации, облегчающей обработку состояний. Конечные автоматы — суть организованное поведение.
На рис. 5.1 в схематическом виде представлен конечный автомат обучающей игры, позволяющей изучать иностранные слова путем выбора одного из предлагаемых вариантов ответа. Поведение приложения разбито на пять логических состояний. Эти логические состояния существуют независимо от того, будут ли они выбраны нами для введения их определений в конечный автомат. Конечный автомат — это просто формальное описание того, как работает приложение. Она позволяет нам ясно представлять себе различные состояния, в которых может находиться приложение в процессе взаимодействия с ним пользователя.
Другим способом представления состояний приложения является построение диаграммы переходов. Эта диаграмма содержит список дискретных состояний, в которых может находиться приложение, а также возможные варианты переходов между состояниями. Список возможных состояний и вариантов перехода из одного состояния в другое для нашего приложения представлен в табл. 5.1.
Рис. 5.1. Конечный автомат для простой обучающей игры, предназначенной для изучения иностранных слов путем выбора правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
Таблица 5.1. Варианты изменения состояний для словарной игры с множественным выбором
Состояние Внешний ввод Следующее состояние StartScreen Пользователь выбрал вариант "Next Question" AskQuestion StartScreen Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" Запрещенный переход! StartScreen Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" Запрещенный переход! StartScreen Пользователь выбрал вариант "End Game" Запрещенный переход! AskQuestion Пользователь выбрал вариант "Next Question" Запрещенный переход! AskQuestion Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" CongratulateUser AskQuestion Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" ScoldUser AskQuestion Пользователь выбрал вариант "End Game" Запрещенный переход! CongratulateUser Пользователь выбрал вариант "Next Question" AskQuestion CongratulateUser Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" Запрещенный переход! CongratulateUser Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" Запрещенный переход! CongratulateUser Пользователь выбрал вариант "End Game" StartScreen ScoldUser Пользователь выбрал вариант "Next Question" AskQuestion ScoldUser Пользователь выбрал вариант "Correct Answer" Запрещенный переход! ScoldUser Пользователь выбрал вариант "Incorrect Answer" Запрещенный переход! ScoldUser Пользователь выбрал вариант "End Game" StartScreen НА ЗАМЕТКУЯ решил привести в таблице все возможные перестановки переменных, указанных в столбцах "Состояние" и "Внешний ввод", чтобы проиллюстрировать тот факт, что не любое изменение состояния разрешено. Переходы между состояниями, указанными в строках, для которых в столбце "Следующее состояние" содержится пояснение "Запрещенный переход!", недопустимы в нашем приложении. Если приложение пытается каким-либо образом осуществить такое изменение состояния, значит, в логике его выполнения присутствуют ошибки. В случае если предпринимается попытка выполнения недействительного перехода, логика конечного автомата должна возбуждать исключение или, по крайней мере, использовать оператор ASSERT в режиме отладки. Явная идентификация запрещенных переходов между состояниями облегчает отладку приложений.