状态机编程思想（1）：括号内外字符串统计
程序员文章站
2022-06-19 14:46:34
这是曾经的一个面试题，正好引出状态机编程思想。挺不错的一个例子。 题目描述 给定一个字符串，它由以下字符组成： 左括号“(” 右括号“）” 下划线“_” 大小写字母构成的字符串（单字母也算作字符串） 该字符串组成有以下规则限定： 括号成对出现且不会嵌套，保证语法正确 字符串可以出现在括号内，也可以出 ......
这是曾经的一个面试题，正好引出状态机编程思想。挺不错的一个例子。
题目描述给定一个字符串，它由以下字符组成：
左括号“(” 右括号“）” 下划线“_” 大小写字母构成的字符串（单字母也算作字符串）该字符串组成有以下规则限定：
括号成对出现且不会嵌套，保证语法正确 字符串可以出现在括号内，也可以出现在括号外 各个字符串之间必须用下划线“_”隔开 括号外的字符串必须以下划线“_”为边界；括号内字符串的边界可以是下划线“_”，也可以是括号“（”、“）”请解决问题：
括号内字符串个数 统计括号外最长字符串的长度 传统思路我们拿到这个问题时，第一感觉往往是顺序遍历字符串，并检测左右相邻字符是否满足边界条件，从而进行分支处理。但是这样做有以下棘手之处：
判定括号边界时需要保存之前的状态，而处理程序和判定状态逻辑往往混乱成一锅粥，难解难分 不同状态下的处理逻辑不同，这样对于大型问题，逻辑之间有可能产生耦合，甚至在不同状态间跳来跳去 还有效率问题，每次处理当前字符时还有同时处理左右相邻字符，工作量有冗余，效率降低嗯，不信的话，可以自己按照上述最简单的思路实现一下，你就明白了。
有人说，复杂逻辑我不怕啊，细心就好。So...是时候请出我们的大侠--“状态机”了。
状态机思路状态机是编译原理中的一种技术，学过电学的读者应该也在《数字电子技术》中用过它，归根结底，就是把复杂的问题逻辑化为一个一个的状态，我们处理问题的过程就是在各个状态之间不断迁移（包含自迁移），这样画出来的图就叫做状态迁移图，帮助我们把一锅难缠的粥转化为一张清晰的网。当然，这里不会深究状态机的概念，详情请自查（比如还有状态迁移表等等）。
让我们用状态迁移图表示上面的问题（若看不清图，可以右键在新的标签页看，或者下载下来看）：
我设置了两个状态，一个用来区分括号内外，一个用来区分是否是字母，从而进行不同的处理。
括号内外分成了两个子状态，这两个子状态是互斥的，因此他们内部的状态变量可以共用。
至于状态之间转移条件，直接看代码即可理解：
1 public class CountWords {
2
3 final static int InBracket = 0;// 括号内
4 final static int OutBracket = 1;// 括号外
5
6 final static int IsLetter = 0;// 是字母
7 final static int NotLetter = 1;// 不是字母
8
9 public static void main(String[] args) {
10 test("_yy_()()_(_apple_welcome)_ssjjjs_");//2,6
11 test("__()()_(_)__()_");//0,0
12 test("_ya_");//0,2
13 test("_yy_(_)(r)_(_wel_c_ome_k)_");//5,2
14 test("_yy_aa_");//0,2
15 test("_yy_(aaa_bb_c)()__yyyyy_");//3,5
16 test("(u)_()_(__)()_yy_()");//1,2
17 test("__(a_wwwww)");//2,0
18 test("__(_a_wwwww_)_____ddd____()()()()()()");//2,3
19 }
20
21 public static void test(String str) {
22 // 状态初始化
23 int state_INOUT = OutBracket;
24 int state_letter = NotLetter;
25 // 统计结果初始化
26 int outLengthOfLongestWord = 0;
27 int outLengthOfCurrentWord = 0;
28 int inNumsOfWord = 0;
29 // 开始处理
30 for (int i = 0; i < str.length(); ++i) {
31 // 取出当前字符
32 char c = str.charAt(i);
33 // 根据括号设置状态：括号内、括号外
34 if (c == '(') {
35 state_INOUT = InBracket;
36 }
37 if (c == ')') {
38 state_INOUT = OutBracket;
39 }
40 // 括号内状态
41 if (state_INOUT == InBracket) {
42 if (state_letter == IsLetter) {
43 if (c == '_' || c == ')') {
44 state_letter = NotLetter;
45 }
46 } else if (state_letter == NotLetter) {
47 if (Character.isLetter(c)) {
48 state_letter = IsLetter;
49 ++inNumsOfWord;
50 }
51 }
52 }
53 // 括号外状态
54 else if (state_INOUT == OutBracket) {
55 if (state_letter == IsLetter) {
56 // System.out.println(c);
57 if (c == '_' || c == '(') {
58 if (outLengthOfLongestWord < outLengthOfCurrentWord) {
59 outLengthOfLongestWord = outLengthOfCurrentWord;
60 }
61 outLengthOfCurrentWord = 0;
62 state_letter = NotLetter;
63 } else if (Character.isLetter(c)) {
64 ++outLengthOfCurrentWord;
65 }
66 }
67 if (state_letter == NotLetter) {
68 if (Character.isLetter(c)) {
69 state_letter = IsLetter;
70 ++outLengthOfCurrentWord;
71 }
72 }
73 }
74 }
75 System.out.println("括号内的字符串数：" + inNumsOfWord);
76 System.out.println("括号外的最长字符串长度：" + outLengthOfLongestWord);
77 System.out.println();
78
79 }
80
81 }
有没有感觉到很方便？思路更清晰了，效率也上去了。
注：状态机不同于设计模式中常说的状态模式（状态模式用类代表状态）。
就这么多吧，欢迎提出测试样例找bug，共同进步。