使用 XML/XSLT 自动生成有限状态自动机的源代码
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展示了如何通过应用 XSLT 生成由 XML 描述的有限状态自动机的源代码。
引言
有限状态自动机在一些情况下非常有用，例如：解析协议、跟踪用户输入等。但它有一个很大的缺点：自动机的源代码非常庞大。它包含大量的行，并且难以创建和维护。本文介绍如何使用 XML 描述自动机，并使用 XSLT 生成其源代码。我使用了 C#，但您可以使用任何其他 .NET 语言。作为示例，我将创建一个简单的解析器，用于解析仅包含两个文本命令：“show message”（显示消息）和“show error”（显示错误）。
描述自动机
有限状态自动机是一组状态和状态之间的转换。因此，我将此内容描述在以下 XML 文件中
<?xml version="1.0" ?>
<parser-descriptor namespace="CommandParser">
<class-descriptor classname="Parser">
<states varname="_state" initstate="NOTHING" >
<state name="NOTHING">
<input val="sS" newstate="S" />
</state>
<!-- show error or message -->
<state name="S">
<input val="hH" newstate="SH" />
</state>
<state name="SH">
<input val="oO" newstate="SHO" />
</state>
<state name="SHO">
<input val="wW" newstate="SHOW" />
</state>
<state name="SHOW">
<input val=" " newstate="SHOW_space" />
</state>
<state name="SHOW_space">
<input val="eE" newstate="SHOW_E" />
<input val="mM" newstate="SHOW_M" />
</state>
<!-- show error -->
<state name="SHOW_E">
<input val="rR" newstate="SHOW_ER" />
</state>
<state name="SHOW_ER">
<input val="rR" newstate="SHOW_ERR" />
</state>
<state name="SHOW_ERR">
<input val="oO" newstate="SHOW_ERRO" />
</state>
<state name="SHOW_ERRO">
<input val="rR" newstate="SHOW_ERROR" />
</state>
<state name="SHOW_ERROR">
</state>
<!-- show message -->
<state name="SHOW_M">
<input val="eE" newstate="SHOW_ME" />
</state>
<state name="SHOW_ME">
<input val="sS" newstate="SHOW_MES" />
</state>
<state name="SHOW_MES">
<input val="sS" newstate="SHOW_MESS" />
</state>
<state name="SHOW_MESS">
<input val="aA" newstate="SHOW_MESSA" />
</state>
<state name="SHOW_MESSA">
<input val="gG" newstate="SHOW_MESSAG" />
</state>
<state name="SHOW_MESSAG">
<input val="eE" newstate="SHOW_MESSAGE" />
</state>
<state name="SHOW_MESSAGE">
</state>
</states>
</class-descriptor>
</parser-descriptor>
其中
<parser-descriptor>是 .NET 命名空间的描述<class-descriptor>是类的描述<states>是用于存储自动机状态的类字段的描述<state>是状态的描述<input>是转换的描述（输入消息和新状态）
生成源代码
我创建了这个简单的 XSLT 样式表，用于将 XML 文件转换为 C# 源代码
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<xsl:stylesheet version="1.0" xmlns:xsl="http://www.w3.org/1999/XSL/Transform">
<xsl:output method="html"/>
<!-- -->
<xsl:template match="/parser-descriptor">
<html>
<body>
<pre>
namespace <xsl:value-of select="@namespace"/>
{
<xsl:apply-templates select="class-descriptor"/>
}
</pre>
</body>
</html>
</xsl:template>
<!-- create class -->
<xsl:template match="class-descriptor">
public class <xsl:value-of select="@classname" />
{
public enum States
{
<xsl:for-each select=".//states//state" >
<xsl:value-of select="@name" />,
</xsl:for-each>
}
States <xsl:value-of select=".//states//@varname" /> =
States.<xsl:value-of select=".//states//@initstate" />;
public void Reset()
{
<xsl:value-of select=".//states//@varname" /> =
States.<xsl:value-of select=".//states//@initstate" />;
}
public States State
{
get
{
return <xsl:value-of select=".//states//@varname" />;
}
}
public void InputChar(char c)
{
switch(<xsl:value-of select=".//states//@varname" />)
{
<xsl:for-each select=".//states//state" >
case States.<xsl:value-of select="@name" />:
<xsl:apply-templates select="input"/>
throw new Exception("Invalid input character");
</xsl:for-each>
default:
throw new Exception("Invalid state value");
}
}
}
</xsl:template>
<!-- processing of input character -->
<xsl:template match="input" >
if (-1 != ("<xsl:value-of select="@val" />").IndexOf(c))
{
<xsl:value-of select="..//..//@varname" /> =
States.<xsl:value-of select="@newstate" />;
return;
}
</xsl:template>
</xsl:stylesheet>
我创建了一个简单的 C# 程序来使用此 XSLT 样式表
using(Stream xsltData = new FileStream(_xsltFileName, FileMode.Open))
{
XslTransform tr = new XslTransform();
tr.Load(new XmlTextReader(xsltData));
tr.Transform(_xmlFileName, _resultFileName);
}
转换后，我获得了自动机的源代码
namespace CommandParser
{
public class Parser
{
public enum States
{
NOTHING,
S,
SH,
... and so on
}
States _state = States.NOTHING;
public void Reset()
{
_state = States.NOTHING;
}
public States State
{
get
{
return _state;
}
}
public void InputChar(char c)
{
switch(_state)
{
case States.NOTHING:
if (-1 != ("sS").IndexOf(c))
{
_state = States.S;
return;
}
throw new Exception("Invalid input character");
case States.S:
if (-1 != ("hH").IndexOf(c))
{
_state = States.SH;
return;
}
throw new Exception("Invalid input character");
...等等。
最后，这是用于检查我的自动机工作是否正常的代码
private void _textBoxCommands_TextChanged(object sender, System.EventArgs e)
{
Parser parser = new Parser();
string msg = _textBoxCommands.Text;
int length = msg.Length;
for (int i = 0; i < length; ++i)
{
char c = msg[i];
try
{
parser.InputChar(c);
}
catch(Exception ex)
{
return;
}
}
switch(parser.State)
{
case Parser.States.SHOW_ERROR:
MessageBox.Show("Error Message");
break;
case Parser.States.SHOW_MESSAGE:
MessageBox.Show("Info Message");
break;
}
}
结论
现在，我可以以简单的方式更改此自动机解析的一组命令。源代码将自动生成。我曾在创建 GUI 控件中用于跟踪用户输入的有限状态自动机时使用过这种方法。
祝你好运。
历史
- 2005 年 9 月 1 日：初始发布