摘要：Boost.SML（State Machine Library）是一个高效、轻量级的C++状态机库，由Kris Jusiak开发，旨在解决传统状态机实现中的复杂性和性能问题。作为一个单头文件库，它无需任何依赖，支持C++14标准，能够快速集成到各种项目中。该库
Boost.SML（State Machine Library）是一个高效、轻量级的C++状态机库，由Kris Jusiak开发，旨在解决传统状态机实现中的复杂性和性能问题。作为一个单头文件库，它无需任何依赖，支持C++14标准，能够快速集成到各种项目中。该库的设计灵感来源于boost.MSM - eUML，但通过优化解决了后者在编译时间、 binary大小和 boilerplate代码等方面的痛点。Boost.SML 强调声明式编程，使用领域特定语言（DSL）来定义状态机，使得代码更易读、易维护。
在现代软件开发中，状态机是一种常见的设计模式，用于管理复杂的状态转换逻辑。例如，在游戏开发、嵌入式系统、电信协议或用户界面中，状态机可以避免嵌套的if-else结构导致的“意大利面条代码”。Boost.SML 通过提供简洁的语法和高效的运行时性能，帮助开发者构建可扩展的状态机。库的GitHub仓库位于https://github.com/boost-ext/sml，用户可以轻松下载最新版本的sml.hpp头文件。
Boost.SML 的核心理念是“Lite”，即轻量级：快速编译、最大化性能、无依赖、直观使用。它符合UML状态机标准（尽可能接近），并支持功能式编程范式，如使用lambda表达式定义动作和守卫。根据文档，库的代码行数仅约2k行，却提供了丰富的功能。
Boost.SML 具有多项突出特点，使其在C++状态机库中脱颖而出：
无依赖单头文件：只需包含，无需STL或Boost其他组件，增强了可移植性。适用于嵌入式系统或资源受限环境。快速编译和小型二进制：相比Boost.MSM，编译时间大幅缩短，二进制大小更小。性能测试显示，在处理复杂状态机时，执行效率高，内存占用低。声明式DSL：使用eUML-like语法定义转换表，如 src_state + event [guard] / action = dst_state。这种语法直观，减少了 boilerplate代码。支持高级特性：包括正交区域（Orthogonal Regions）、复合状态（Composite States）、历史状态（History）、异常处理、日志记录、依赖注入等。支持线程安全，通过thread_safe策略启用。异常安全和线程支持：可编译为无异常模式（-fno-exceptions）。默认非线程安全，但可配置互斥锁实现线程安全。编译器兼容性：支持GCC 5+、Clang 3.4+、MSVC 2015+，但某些特性在MSVC上有限制（如lambda守卫需显式返回类型）。错误消息友好：提供简短、信息丰富的编译时错误消息，如“Not configurable CPP”、“Not callable CPP”等，帮助开发者快速调试。功能式编程友好：动作和守卫可使用lambda，支持松耦合设计。通过依赖注入（如Boost.DI）自动化参数传递。测试和可视化支持：内置测试策略，可生成PlantUML图表，便于可视化状态机结构。性能优化：运行时复杂度O(1)，适合实时应用。基准测试显示，在TCP连接释放等场景中，优于传统if-else或switch实现。这些特点使Boost.SML 适用于从简单脚本到大型企业应用的各种场景，尤其在性能敏感领域如固件开发、游戏引擎和网络协议。
Boost.SML 的模块可分为核心组件和高级扩展。核心组件包括状态（States）、事件（Events）、转换（Transitions）、守卫（Guards）和动作（Actions）。高级模块涵盖正交区域、复合状态、历史、异常处理、日志、延迟/处理事件、依赖注入和扩展。
状态表示状态机的当前位置，支持入口/出口动作。状态可使用字符串字面量或类定义。
事件触发转换，是唯一类型。可携带数据。
定义状态间移动，使用make_transition_table。
条件检查，决定是否执行转换。返回bool。
语法：[guard_func]转换时执行的操作。
语法：/ action_func允许多个独立区域并行运行。
语法：在转换表中使用逗号分隔区域。状态内嵌状态机。
记住子状态机退出时的状态，便于重新进入。
捕获动作/守卫抛出的异常。
语法：+ exception = dst记录状态变化、事件等。
延迟事件或内部处理。
语法：defer, process(event)自动传递依赖到动作/守卫。
使用：构造函数注入或Boost.DI。is检查状态，动态分发事件。
自定义策略如visitor、thread_safe。
应用场景Boost.SML 适用于多种场景：
网络协议：如TCP连接管理，处理连接、释放等状态。游戏开发：角色状态（如idle, running, jumping），避免复杂条件逻辑。嵌入式系统：固件中设备状态管理，资源高效。用户界面：UI流程控制，如登录、导航。机器人和自动化：行为状态机，如ROS集成。电信：协议栈实现。模拟和测试：生成状态图验证逻辑。例如，在TCP释放中，使用Boost.SML 可将复杂switch替换为声明式表，性能提升20倍以上。
以下按模块提供详细示例，代码直接嵌入。所有示例假设#include 和 namespace sml = boost::sml;
struct e1 {}; // 事件struct s1 {}; // 状态类struct basic {auto operator const {return make_transition_table(*"idle"_s + event = "s1"_s);}};int main {sm sm;sm.process_event(e1{});assert(sm.is("s1"_s));}此示例定义简单转换，从"idle"到"s1"。
守卫和动作 struct release {};struct ack { bool valid = true; };const auto is_valid = (const auto& e) { return e.valid; };const auto send_ack = { std::cout / { std::cout [is_valid] / send_ack = "fin_wait_2"_s);}};int main {sm sm;sm.process_event(release{});sm.process_event(ack{});}守卫[is_valid]检查ack有效性，动作打印消息。
入口/出口动作 struct entry_exit {auto operator const {return make_transition_table(*"s1"_s + sml::on_entry / { std::cout / { std::cout = X);}};使用on_entry/on_exit定义入口/出口。
struct e1 {};struct e2 {};struct orthogonal {auto operator const {return make_transition_table(*"s1"_s + event = "s2"_s,*"s3"_s + event = "s4"_s);}};int main {sm sm;assert(sm.is("s1"_s, "s3"_s)); // 两个区域sm.process_event(e1{});sm.process_event(e2{});assert(sm.is("s2"_s, "s4"_s));}多个区域独立转换。
复合状态 struct sub_sm {auto operator const {return make_transition_table(*"sub1"_s + event = "sub2"_s);}};struct composite {auto operator const {return make_transition_table(*state> + event = X);}};int main {sm sm;sm.process_event(e1{}); // 子状态机转换}嵌套状态机。
历史状态 struct history {auto operator const {return make_transition_table(*state> + event = "interrupted"_s,"interrupted"_s + event = sml::history>);}};使用history恢复子状态。
异常处理 struct error_handling {auto operator const {return make_transition_table(*"idle"_s + event / { throw std::runtime_error("error"); },"idle"_s + exception / { std::cout捕获异常并处理。
日志记录 template void log_process_event(const T&) { std::cout void log_action(const T&) { std::cout void log_process_event(const TEvent&) { log_process_event(TEvent{}); }// 更多日志方法...};struct logging_sm {auto operator const {return make_transition_table(*"s1"_s + event / { /* action */ } = "s2"_s);}};int main {sm> sm;sm.process_event(e1{});}自定义日志策略。
延迟和处理事件 struct defer_process {auto operator const {return make_transition_table(*"idle"_s + event / sml::defer,"idle"_s + event / sml::process(e1{}) = "s3"_s);}};int main {sm, sml::process_queue> sm;sm.process_event(e1{});sm.process_event(e2{});}延迟e1直到e2触发。
依赖注入 struct dep {int i = 0;};struct di_example {auto operator const {auto guard = (dep& d) { return d.i == 42; };return make_transition_table(*"s1"_s + event [guard] = "s2"_s);}};int main {dep d{42};sm sm{d};sm.process_event(e1{});}注入dep到守卫。
测试 struct testing {auto operator const {return make_transition_table(*"s1"_s + event = "s2"_s);}};int main {sm sm;sm.process_event(e1{});assert(sm.is("s2"_s));}使用testing策略。
enum EventType { EV1, EV2 };struct ev1 { static constexpr auto id = EV1; };struct ev2 { static constexpr auto id = EV2; };struct dispatch {auto operator const {return make_transition_table(*"s1"_s + event = "s2"_s,"s2"_s + event = X);}};int main {sm sm;auto dispatch_table = sml::utility::make_dispatch_table(sm);dispatch_table(0, EV1); // 处理ev1}动态事件分发。
Boost.SML 提供了一个强大而灵活的状态机框架，通过其声明式语法和高效实现，显著提升了C++开发者的生产力。无论是初学者还是资深开发者，都能从中受益。
来源：TechVerse
