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C++での状態遷移を伴うループ処理の実装方法を徹底解説

C++

C++での状態遷移を伴うループ処理の実装方法について、基礎から応用まで詳細に解説します。状態遷移は、特定の状態から別の状態に移行するプロセスを管理するための重要な概念であり、複雑なアルゴリズムやシステムの設計において不可欠です。本記事では、状態遷移の基本的な考え方から具体的な実装方法まで、段階を追って説明します。

目次

状態遷移の基本概念

状態遷移とは、システムやプログラムがある状態から別の状態に移行するプロセスを指します。これにより、複雑な動作や処理をシンプルに管理することが可能になります。C++では、この状態遷移を実装するために、状態マシンや状態遷移テーブルなどの構造を用いることが一般的です。

状態とイベント

状態はシステムの現在の状況やコンディションを表し、イベントは状態を変えるきっかけとなるアクションや条件です。例えば、ゲームのキャラクターの状態が「歩いている」から「走っている」に変わる場合、「走る」ボタンを押すというイベントがきっかけとなります。

状態遷移図の利用

状態遷移図は、状態とそれらを結ぶ遷移を視覚的に表現したもので、状態遷移の理解と設計に役立ちます。各状態はノードで、イベントによる遷移は矢印で表されます。

基本的な状態遷移図の例

[ 状態A ] --(イベントX)--> [ 状態B ]
[ 状態B ] --(イベントY)--> [ 状態C ]

このように、状態とイベントの関係を明確にすることで、プログラムの設計が簡単になります。次に、具体的なC++での実装方法を見ていきます。

状態遷移テーブルの作成

状態遷移テーブルは、システムの各状態とそれぞれの状態で起こり得るイベント、およびその結果としての新しい状態を一覧化したものです。これにより、状態遷移の管理がより体系的かつ効率的に行えます。C++で状態遷移テーブルを作成する方法を見ていきましょう。

状態遷移テーブルの構造

状態遷移テーブルは通常、次のような形式で表現されます：

struct Transition {
    int currentState;
    int event;
    int nextState;
};

Transition stateTransitions[] = {
    {STATE_A, EVENT_X, STATE_B},
    {STATE_B, EVENT_Y, STATE_C},
    {STATE_C, EVENT_Z, STATE_A},
    // 他の遷移も追加
};

状態とイベントの定義

まず、システム内のすべての状態とイベントを列挙型で定義します。

enum States {
    STATE_A,
    STATE_B,
    STATE_C,
    // 他の状態も追加
};

enum Events {
    EVENT_X,
    EVENT_Y,
    EVENT_Z,
    // 他のイベントも追加
};

遷移テーブルの利用

次に、現在の状態とイベントに基づいて次の状態を決定する関数を実装します。

int getNextState(int currentState, int event) {
    for (const auto& transition : stateTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    // 適切な遷移が見つからない場合の処理
    return currentState; // 例：状態が変わらない
}

この関数は、現在の状態とイベントを引数として受け取り、次の状態を返します。これにより、状態遷移がシンプルに管理でき、コードの可読性も向上します。

次のセクションでは、この遷移テーブルを使って実際にループ処理を実装する方法を見ていきます。

状態遷移を伴うループ処理の基本構造

状態遷移テーブルを活用して、状態遷移を伴うループ処理を実装する基本構造を説明します。これにより、状態遷移に基づいてシステムが適切に動作するようになります。

基本的なループ処理の設計

状態遷移を伴うループ処理の基本構造は、以下のようになります。ループ内で現在の状態とイベントに基づいて次の状態を決定し、状態を更新し続けることが重要です。

#include <iostream>

// 状態とイベントの定義
enum States { STATE_A, STATE_B, STATE_C };
enum Events { EVENT_X, EVENT_Y, EVENT_Z };

// 遷移構造体の定義
struct Transition {
    States currentState;
    Events event;
    States nextState;
};

// 遷移テーブルの定義
Transition stateTransitions[] = {
    {STATE_A, EVENT_X, STATE_B},
    {STATE_B, EVENT_Y, STATE_C},
    {STATE_C, EVENT_Z, STATE_A},
    // 他の遷移も追加
};

// 次の状態を取得する関数
States getNextState(States currentState, Events event) {
    for (const auto& transition : stateTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    // 適切な遷移が見つからない場合の処理
    return currentState;
}

int main() {
    States currentState = STATE_A;
    Events event;

    // ループ処理の開始
    while (true) {
        // 現在の状態を出力
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        // イベントの入力（ここでは仮にEVENT_Xを使用）
        std::cout << "Enter event (0 for EVENT_X, 1 for EVENT_Y, 2 for EVENT_Z): ";
        int eventInput;
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<Events>(eventInput);

        // 次の状態を取得し更新
        currentState = getNextState(currentState, event);
    }

    return 0;
}

ループ処理のポイント

  1. 現在の状態を表示: ループの各反復で現在の状態を表示し、システムの状態を確認できるようにします。
  2. イベントの入力: ユーザーやシステムからのイベント入力を受け取り、それに基づいて状態を遷移させます。
  3. 状態の更新: 入力されたイベントに基づいて次の状態を取得し、現在の状態を更新します。

この基本構造をもとに、より複雑な状態遷移やイベント処理を組み込んでいくことができます。次に、具体的な状態遷移パターンの実装例を見ていきます。

状態遷移パターンの具体例

ここでは、いくつかの具体的な状態遷移パターンの実装例を紹介します。これにより、状態遷移の概念を実際のプログラムでどのように活用できるかを理解することができます。

具体例1: シンプルな自動販売機

自動販売機の状態遷移を考えます。自動販売機は「待機中」、「商品選択中」、「支払い中」、「商品提供中」という状態を持ちます。

#include <iostream>

enum VendingStates { WAITING, SELECTING, PAYING, DISPENSING };
enum VendingEvents { SELECT_ITEM, INSERT_MONEY, DISPENSE_ITEM };

struct VendingTransition {
    VendingStates currentState;
    VendingEvents event;
    VendingStates nextState;
};

VendingTransition vendingTransitions[] = {
    {WAITING, SELECT_ITEM, SELECTING},
    {SELECTING, INSERT_MONEY, PAYING},
    {PAYING, DISPENSE_ITEM, DISPENSING},
    {DISPENSING, SELECT_ITEM, WAITING} // 自動販売機は再び待機状態に戻る
};

VendingStates getNextVendingState(VendingStates currentState, VendingEvents event) {
    for (const auto& transition : vendingTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    return currentState;
}

int main() {
    VendingStates currentState = WAITING;
    VendingEvents event;

    while (true) {
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        int eventInput;
        std::cout << "Enter event (0 for SELECT_ITEM, 1 for INSERT_MONEY, 2 for DISPENSE_ITEM): ";
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<VendingEvents>(eventInput);

        currentState = getNextVendingState(currentState, event);
    }

    return 0;
}

具体例2: ドアの状態管理

ドアの開閉状態を管理する例です。ドアは「閉じた」、「開いた」、「ロックされた」の状態を持ちます。

#include <iostream>

enum DoorStates { CLOSED, OPEN, LOCKED };
enum DoorEvents { OPEN_DOOR, CLOSE_DOOR, LOCK_DOOR, UNLOCK_DOOR };

struct DoorTransition {
    DoorStates currentState;
    DoorEvents event;
    DoorStates nextState;
};

DoorTransition doorTransitions[] = {
    {CLOSED, OPEN_DOOR, OPEN},
    {OPEN, CLOSE_DOOR, CLOSED},
    {CLOSED, LOCK_DOOR, LOCKED},
    {LOCKED, UNLOCK_DOOR, CLOSED}
};

DoorStates getNextDoorState(DoorStates currentState, DoorEvents event) {
    for (const auto& transition : doorTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    return currentState;
}

int main() {
    DoorStates currentState = CLOSED;
    DoorEvents event;

    while (true) {
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        int eventInput;
        std::cout << "Enter event (0 for OPEN_DOOR, 1 for CLOSE_DOOR, 2 for LOCK_DOOR, 3 for UNLOCK_DOOR): ";
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<DoorEvents>(eventInput);

        currentState = getNextDoorState(currentState, event);
    }

    return 0;
}

これらの例を通じて、状態遷移の基本的な考え方とその実装方法を理解できます。次に、スイッチ文を用いた状態遷移の実装方法を詳しく説明します。

スイッチ文を用いた状態遷移の実装

スイッチ文を用いた状態遷移の実装は、シンプルで直感的な方法です。各状態に対するイベント処理をスイッチ文で分岐させることで、状態遷移を実現します。この方法は、小規模な状態遷移や簡単な状態機械に適しています。

基本的なスイッチ文の構造

以下に、スイッチ文を用いた状態遷移の基本的な構造を示します。先ほどの自動販売機の例を用いて説明します。

#include <iostream>

enum VendingStates { WAITING, SELECTING, PAYING, DISPENSING };
enum VendingEvents { SELECT_ITEM, INSERT_MONEY, DISPENSE_ITEM };

int main() {
    VendingStates currentState = WAITING;
    VendingEvents event;

    while (true) {
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        int eventInput;
        std::cout << "Enter event (0 for SELECT_ITEM, 1 for INSERT_MONEY, 2 for DISPENSE_ITEM): ";
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<VendingEvents>(eventInput);

        switch (currentState) {
            case WAITING:
                if (event == SELECT_ITEM) {
                    currentState = SELECTING;
                }
                break;
            case SELECTING:
                if (event == INSERT_MONEY) {
                    currentState = PAYING;
                }
                break;
            case PAYING:
                if (event == DISPENSE_ITEM) {
                    currentState = DISPENSING;
                }
                break;
            case DISPENSING:
                if (event == SELECT_ITEM) {
                    currentState = WAITING;
                }
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    return 0;
}

スイッチ文の利点

  • シンプルで分かりやすい: スイッチ文を使うことで、各状態に対する処理を直感的に記述できます。
  • コードの可読性向上: 各状態とその遷移が明確に分かれているため、コードの可読性が向上します。

スイッチ文の欠点

  • 規模が大きくなると管理が難しい: 状態やイベントが増えると、スイッチ文の分岐が複雑になり、管理が難しくなります。
  • 拡張性の低さ: 新しい状態やイベントを追加する際に、スイッチ文全体を見直す必要があるため、拡張性が低くなります。

スイッチ文を用いた状態遷移の実装は、シンプルなシステムに適していますが、複雑な状態機械には他の方法を検討する必要があります。次に、関数ポインタを用いた状態遷移の実装方法について解説します。

関数ポインタを用いた状態遷移の実装

関数ポインタを用いた状態遷移の実装は、より柔軟で拡張性の高い方法です。各状態ごとに処理関数を定義し、関数ポインタを使って状態遷移を管理することで、コードの再利用性と可読性が向上します。

関数ポインタの基本概念

関数ポインタとは、関数のアドレスを格納するためのポインタです。これを利用することで、動的に関数を呼び出すことができます。まず、関数ポインタを使った基本的な状態遷移の構造を示します。

状態ごとの関数定義

各状態に対する処理関数を定義します。例えば、自動販売機の例では以下のようになります。

#include <iostream>

enum VendingStates { WAITING, SELECTING, PAYING, DISPENSING };
enum VendingEvents { SELECT_ITEM, INSERT_MONEY, DISPENSE_ITEM };

// 状態ごとの関数プロトタイプ
void waitingState();
void selectingState();
void payingState();
void dispensingState();

// 関数ポインタの型定義
typedef void (*StateFunction)();

// 状態ごとの関数ポインタ配列
StateFunction stateFunctions[] = {waitingState, selectingState, payingState, dispensingState};

// 現在の状態
VendingStates currentState = WAITING;

// 状態関数の定義
void waitingState() {
    std::cout << "In Waiting State\n";
    // イベントを処理し、次の状態を設定
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (0 for SELECT_ITEM): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == SELECT_ITEM) {
        currentState = SELECTING;
    }
}

void selectingState() {
    std::cout << "In Selecting State\n";
    // イベントを処理し、次の状態を設定
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (1 for INSERT_MONEY): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == INSERT_MONEY) {
        currentState = PAYING;
    }
}

void payingState() {
    std::cout << "In Paying State\n";
    // イベントを処理し、次の状態を設定
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (2 for DISPENSE_ITEM): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == DISPENSE_ITEM) {
        currentState = DISPENSING;
    }
}

void dispensingState() {
    std::cout << "In Dispensing State\n";
    // イベントを処理し、次の状態を設定
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (0 for SELECT_ITEM): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == SELECT_ITEM) {
        currentState = WAITING;
    }
}

メインループでの状態管理

メインループでは、現在の状態に対応する関数を呼び出します。

int main() {
    while (true) {
        // 現在の状態に対応する関数を呼び出す
        stateFunctions[currentState]();
    }
    return 0;
}

利点と欠点

利点

  • 柔軟性: 状態ごとに異なる処理を容易に実装できます。
  • 拡張性: 新しい状態やイベントを追加するのが簡単です。
  • コードの再利用性: 状態ごとの処理を個別の関数として定義するため、コードの再利用が容易です。

欠点

  • 複雑さ: 初学者にとって関数ポインタの概念は難解かもしれません。
  • デバッグの困難さ: 関数ポインタの誤用はデバッグを難しくすることがあります。

関数ポインタを用いた状態遷移の実装は、複雑な状態機械や高度な制御が必要なシステムに適しています。次に、状態遷移を用いた実践的な例を紹介します。

状態遷移を用いた実践的な例

ここでは、状態遷移を利用した実際のアプリケーションの例を紹介します。今回は、簡易的なゲーム開発の例を通して、状態遷移の実装を学びます。このゲームでは、プレイヤーが「スタート画面」、「プレイ中」、「一時停止」、「ゲームオーバー」の状態を移行します。

ゲームの状態とイベントの定義

まず、ゲームの状態とイベントを定義します。

#include <iostream>

enum GameStates { START_SCREEN, PLAYING, PAUSED, GAME_OVER };
enum GameEvents { PRESS_START, PAUSE, RESUME, END_GAME };

状態ごとの関数定義

各状態に対する処理関数を定義します。これにより、各状態で行うべき処理が明確になります。

void startScreen();
void playing();
void paused();
void gameOver();

typedef void (*StateFunction)();
StateFunction gameFunctions[] = {startScreen, playing, paused, gameOver};

GameStates currentState = START_SCREEN;

void startScreen() {
    std::cout << "In Start Screen\n";
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (0 for PRESS_START): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == PRESS_START) {
        currentState = PLAYING;
    }
}

void playing() {
    std::cout << "Playing Game\n";
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (1 for PAUSE, 3 for END_GAME): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == PAUSE) {
        currentState = PAUSED;
    } else if (eventInput == END_GAME) {
        currentState = GAME_OVER;
    }
}

void paused() {
    std::cout << "Game Paused\n";
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (2 for RESUME): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == RESUME) {
        currentState = PLAYING;
    }
}

void gameOver() {
    std::cout << "Game Over\n";
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (0 for PRESS_START): ";
    std::cin >> eventInput;
    if (eventInput == PRESS_START) {
        currentState = START_SCREEN;
    }
}

メインループでの状態管理

メインループで、現在の状態に応じた関数を呼び出します。

int main() {
    while (true) {
        gameFunctions[currentState]();
    }
    return 0;
}

利点と実践的な活用

この実装方法の利点は以下の通りです：

  • シンプルな構造: 各状態ごとの処理が明確に分かれており、理解しやすい。
  • 柔軟性: 新しい状態やイベントを簡単に追加可能。
  • メンテナンス性: 状態ごとの処理を個別の関数として定義することで、メンテナンスが容易。

このように、状態遷移の概念を利用することで、ゲーム開発をはじめとするさまざまなアプリケーションにおいて、複雑な動作をシンプルに管理することができます。次に、状態遷移のデバッグ方法について説明します。

状態遷移のデバッグ方法

状態遷移のデバッグは、システムが正しく状態を遷移しているかを確認するために重要です。ここでは、状態遷移のデバッグ方法と注意点について説明します。

デバッグの基本戦略

デバッグを効率的に行うための基本的な戦略をいくつか紹介します。

ログ出力の活用

状態遷移の各ポイントでログを出力することで、現在の状態やイベント、遷移先の状態を確認できます。これにより、どのイベントがどの状態で発生し、どのように遷移したかを追跡できます。

#include <iostream>
#include <fstream>

std::ofstream logFile("state_transition.log");

void logTransition(GameStates currentState, GameEvents event, GameStates nextState) {
    logFile << "Current State: " << currentState
            << ", Event: " << event
            << ", Next State: " << nextState << std::endl;
}

// 例：playing関数内でのログ出力
void playing() {
    std::cout << "Playing Game\n";
    int eventInput;
    std::cout << "Enter event (1 for PAUSE, 3 for END_GAME): ";
    std::cin >> eventInput;
    GameEvents event = static_cast<GameEvents>(eventInput);
    GameStates nextState = currentState;
    if (event == PAUSE) {
        nextState = PAUSED;
    } else if (event == END_GAME) {
        nextState = GAME_OVER;
    }
    logTransition(currentState, event, nextState);
    currentState = nextState;
}

ステートダンプの導入

状態遷移が複雑な場合、システムの現在の状態を定期的にダンプすることで、状態の変化を追跡できます。これは、特に長時間動作するシステムや複雑な状態機械において有用です。

void dumpState(GameStates state) {
    std::cout << "State Dump: " << state << std::endl;
}

// メインループ内で定期的にダンプ
int main() {
    while (true) {
        gameFunctions[currentState]();
        dumpState(currentState);  // 状態をダンプ
    }
    return 0;
}

デバッグの注意点

状態遷移のデバッグを行う際の注意点をいくつか挙げます。

過剰なログ出力の回避

ログ出力はデバッグに有用ですが、過剰なログは逆にデバッグを難しくすることがあります。必要な情報のみを選別してログ出力することが重要です。

状態遷移のテストケース作成

状態遷移の正しさを確認するために、各状態およびイベントの組み合わせに対するテストケースを作成します。これにより、予期しない遷移やエッジケースを発見しやすくなります。

void testStateTransitions() {
    currentState = START_SCREEN;
    assert(getNextState(currentState, PRESS_START) == PLAYING);
    currentState = PLAYING;
    assert(getNextState(currentState, PAUSE) == PAUSED);
    currentState = PAUSED;
    assert(getNextState(currentState, RESUME) == PLAYING);
    currentState = PLAYING;
    assert(getNextState(currentState, END_GAME) == GAME_OVER);
}

デバッグツールの活用

IDEに組み込まれたデバッガを利用し、ブレークポイントを設定して状態遷移の各ステップを確認することも有効です。これにより、実行時の状態と変数の値を詳細に確認できます。

以上の方法を用いることで、状態遷移のデバッグを効果的に行い、システムが期待通りに動作することを確認できます。次に、読者が実際に手を動かして理解を深めるための演習問題を提供します。

演習問題

以下の演習問題を通じて、状態遷移の概念と実装方法を実際に体験してみましょう。これらの問題は、学んだ内容を実践するために役立ちます。

演習問題1: ドアの状態管理システムの拡張

先に紹介したドアの状態管理システムを拡張し、新しい状態「半開き」を追加してみましょう。また、新しいイベント「半開きにする」と「半開きから閉じる」を追加してください。

#include <iostream>

enum DoorStates { CLOSED, OPEN, LOCKED, HALF_OPEN };
enum DoorEvents { OPEN_DOOR, CLOSE_DOOR, LOCK_DOOR, UNLOCK_DOOR, HALF_OPEN_DOOR, CLOSE_FROM_HALF_OPEN };

struct DoorTransition {
    DoorStates currentState;
    DoorEvents event;
    DoorStates nextState;
};

DoorTransition doorTransitions[] = {
    {CLOSED, OPEN_DOOR, OPEN},
    {OPEN, CLOSE_DOOR, CLOSED},
    {CLOSED, LOCK_DOOR, LOCKED},
    {LOCKED, UNLOCK_DOOR, CLOSED},
    {CLOSED, HALF_OPEN_DOOR, HALF_OPEN},
    {HALF_OPEN, CLOSE_FROM_HALF_OPEN, CLOSED},
    {HALF_OPEN, OPEN_DOOR, OPEN}
};

DoorStates getNextDoorState(DoorStates currentState, DoorEvents event) {
    for (const auto& transition : doorTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    return currentState;
}

int main() {
    DoorStates currentState = CLOSED;
    DoorEvents event;

    while (true) {
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        int eventInput;
        std::cout << "Enter event (0 for OPEN_DOOR, 1 for CLOSE_DOOR, 2 for LOCK_DOOR, 3 for UNLOCK_DOOR, 4 for HALF_OPEN_DOOR, 5 for CLOSE_FROM_HALF_OPEN): ";
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<DoorEvents>(eventInput);

        currentState = getNextDoorState(currentState, event);
    }

    return 0;
}

演習問題2: 簡易エレベーター制御システム

エレベーターの制御システムを実装してみましょう。エレベーターは「待機中」、「上昇中」、「下降中」、「ドア開放中」という状態を持ちます。イベントとして「上に行く」、「下に行く」、「ドアを開ける」、「ドアを閉める」を定義します。

#include <iostream>

enum ElevatorStates { IDLE, MOVING_UP, MOVING_DOWN, DOOR_OPEN };
enum ElevatorEvents { GO_UP, GO_DOWN, OPEN_DOOR, CLOSE_DOOR };

struct ElevatorTransition {
    ElevatorStates currentState;
    ElevatorEvents event;
    ElevatorStates nextState;
};

ElevatorTransition elevatorTransitions[] = {
    {IDLE, GO_UP, MOVING_UP},
    {IDLE, GO_DOWN, MOVING_DOWN},
    {MOVING_UP, OPEN_DOOR, DOOR_OPEN},
    {MOVING_DOWN, OPEN_DOOR, DOOR_OPEN},
    {DOOR_OPEN, CLOSE_DOOR, IDLE},
    {IDLE, OPEN_DOOR, DOOR_OPEN}
};

ElevatorStates getNextElevatorState(ElevatorStates currentState, ElevatorEvents event) {
    for (const auto& transition : elevatorTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    return currentState;
}

int main() {
    ElevatorStates currentState = IDLE;
    ElevatorEvents event;

    while (true) {
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        int eventInput;
        std::cout << "Enter event (0 for GO_UP, 1 for GO_DOWN, 2 for OPEN_DOOR, 3 for CLOSE_DOOR): ";
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<ElevatorEvents>(eventInput);

        currentState = getNextElevatorState(currentState, event);
    }

    return 0;
}

演習問題3: 家庭用冷暖房システムの状態遷移

家庭用冷暖房システムの状態遷移を設計してみましょう。システムには「オフ」、「冷房中」、「暖房中」、「送風中」という状態があります。イベントとして「冷房開始」、「暖房開始」、「送風開始」、「オフ」を定義します。

#include <iostream>

enum HVACStates { OFF, COOLING, HEATING, FAN_ONLY };
enum HVACEvents { START_COOLING, START_HEATING, START_FAN, TURN_OFF };

struct HVACTransition {
    HVACStates currentState;
    HVACEvents event;
    HVACStates nextState;
};

HVACTransition hvacTransitions[] = {
    {OFF, START_COOLING, COOLING},
    {OFF, START_HEATING, HEATING},
    {OFF, START_FAN, FAN_ONLY},
    {COOLING, TURN_OFF, OFF},
    {HEATING, TURN_OFF, OFF},
    {FAN_ONLY, TURN_OFF, OFF}
};

HVACStates getNextHVACState(HVACStates currentState, HVACEvents event) {
    for (const auto& transition : hvacTransitions) {
        if (transition.currentState == currentState && transition.event == event) {
            return transition.nextState;
        }
    }
    return currentState;
}

int main() {
    HVACStates currentState = OFF;
    HVACEvents event;

    while (true) {
        std::cout << "Current State: " << currentState << std::endl;

        int eventInput;
        std::cout << "Enter event (0 for START_COOLING, 1 for START_HEATING, 2 for START_FAN, 3 for TURN_OFF): ";
        std::cin >> eventInput;
        event = static_cast<HVACEvents>(eventInput);

        currentState = getNextHVACState(currentState, event);
    }

    return 0;
}

これらの演習問題を通じて、状態遷移の概念を深く理解し、実際のプログラムに応用する力を養ってください。次に、本記事の内容を簡潔にまとめます。

まとめ

本記事では、C++での状態遷移を伴うループ処理の実装方法について、基礎から応用まで詳細に解説しました。状態遷移の基本概念や状態遷移テーブルの作成方法、スイッチ文や関数ポインタを用いた実装方法を学び、実践的な例を通じて理解を深めました。また、デバッグ方法や演習問題も提供し、実際に手を動かして学ぶことの重要性を強調しました。これらの知識を活用し、複雑なシステムの設計やアルゴリズムの実装に役立ててください。

C++
プログラミング 実装方法 ループ処理 C++ 状態遷移

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