Boostsapporomsmpost 111106070819-phpapp02

4. 目次 • StateMachineとは • Boost Meta State Machine Library • ATMを題材としたケーススタディ • StateMachineDiagram(UML2.x)への対応状況 • ソースコードは以下で参照可能 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 4/95 https://github.com/redboltz/BoostSapporo

9. 遷移 Transition State1 State2event [ guard ] / action 遷移元状態（State1）において、eventが発生した際、 guardが成立していれば、遷移先状態（State2）に遷移する。遷移の際、actionを実行する。 event guard action は、いずれもoptional • guard記述がなければ、eventが発生した際、無条件に遷移先状態に遷移する。 • action記述がなければ、遷移の際、特に何も実行しない。 • event記述が無い場合の意味論は後述 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 9/95

10. 内部遷移 Internal Transition State1 event [ guard ] / action 遷移先状態を指定しない遷移。状態遷移は発生しない。状態の内部に記述する（UMLの表記法）あるEvent発生時、guardに応じてactionを実行することを目的として記述される。遷移しない遷移なんだから、actionを書かないと意味がない Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 10/95

11. 遷移 Transition State1 State2event [ guard ] / action event記述がなければ、トリガとなったevent処理のなかで本遷移が評価される。 State1 State2 Guardが成立するまで待って、成立したら遷移ではないので注意 Event1 Event1の発生でState2まで遷移する State1 State2Event1 [G1] E2/G1=true G1がfalseならState1まで遷移して待ち状態になるその後、eventによらず、G1がtrueになっても遷移は発生しない E2が発生したらState2に遷移する Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 11/95 eventなしの遷移をBoost.Msm documentの中では、 anonymous transitions と呼ぶ

12. 状態 State 状態名 entry/action1 do/action2 exit/action3 event[guard]/action4 （普通の）状態 Composite State この状態に遷移する際に実行されるentry action この状態から遷移する際に実行されるexit action その状態の間常に実行されるdo action Event Drivenなソフトウェアではあまり使わないサブマシン状態を持つという記号 include / 他の状態マシン内部に持つサブマシン名内部遷移（前述） Boost.Msmでもサポートしない Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 12/95

13. その他の構成要素初期疑似状態 Initial Pseudo State 終了状態 Final State ジャンクション疑似状態 Junction Pseudo State 見た目が初期疑似状態と一緒って。。。選択疑似状態 Choice Pseudo State State entry point疑似状態 Entry Point Pseudo State exit point疑似状態 Exit Point Pseudo State State State State fork join H H* shallow history deep history 本プレゼンではちょっと小さめに書きます Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 13/95

14. 参考文献 http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~dharel/reactive_systems.html 絶版だが、以下のご本人サイトから PDFダウンロード可能元々のStatechart http://www.uml.org/ Current version: 2.4 (Beta) UML2.xのStateMachineDiagramとして拡張 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 14/95

17. Boost.Msm #include <boost/msm/back/state_machine.hpp> #include <boost/msm/front/state_machine_def.hpp> #include <boost/msm/front/functor_row.hpp> namespace msm = boost::msm; namespace msmf = boost::msm::front; namespace mpl = boost::mpl; struct Event1 {}; struct Event2 { int param1; int param2; }; eventはクラスで表現パラメタはメンバとして Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 17/95

18. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm StateMachineの定義状態の定義 guardの定義 actionの定義初期状態の定義（必須）遷移の定義 eventに対応する遷移がないときの処理 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 18/95

19. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm StateMachineの定義 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 19/95

20. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm 状態の定義 State1 entry/on_entry exit/on_exit 名前は予約されている名前は予約されている Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 20/95

21. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm State1 entry/on_entry exit/on_exit 遷移トリガとなったeventの参照状態マシンSm_の参照 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 21/95

22. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm boolをreturn guardの定義 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 22/95

23. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm guardの定義 boolをreturn event, 状態マシン, 遷移元state, 遷移先state にアクセス可能 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 23/95

24. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm actionの定義 event, 状態マシン, 遷移元state, 遷移先state にアクセス可能 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 24/95

25. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm 初期状態の定義（必須） State1 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 25/95

27. initial_stateの役割 State1 State1A State1B folk join State1C E1 E1 E2 リージョン0 リージョン1リージョンとは、状態を持つ単位この例では、State1AかつState1Bといった状態が存在する typedef mpl::vector<State1A, State1B> initial_state; Boost.MSMでは、initial_stateのtypedefをリージョンの表現に（も）利用する 1個の場合mpl::vectorじゃなくてもいいこの並びがリージョン番号 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 27/95

28. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm 遷移の定義 State1 State2Event1 [ Guard1 ] / Action1 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 28/95

29. state番号と評価順序 struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State2, Event2, State1, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State2, Event2, State3, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State5, Event3, State6, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State4, Event4, State2, Action1, Guard1 > > {}; 0 1 2 3 4 5 State番号の振られ方遷移の評価順序 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 29/95

30. state番号と評価順序 struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State2, Event2, State1, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State2, Event2, State3, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State5, Event3, State6, Action1, Guard1 >, msmf::Row < State4, Event4, State2, Action1, Guard1 > > {}; State番号の振られ方遷移の評価順序 State2においてEvent2が発生した際 2つの遷移条件が成立するが、下の方が評価順序の結果、優先される Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 30/95

31. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm eventに対応する遷移がないときの処理定義しないとassertion fail State番号 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 31/95

32. struct Sm_:msm::front::state_machine_def<Sm_> { struct State1:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) {} template <class Event,class Fsm> void on_exit(Event const&, Fsm&) {} }; struct State2:msm::front::state<> { }; struct Guard1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; struct Action1 { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState&, TargetState&) const {} }; typedef State1 initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < State1, Event1, State2, Action1, Guard1 > > {}; template <class Fsm,class Event> void no_transition(Event const& e, Fsm& ,int state) {} }; Boost.Msm StateMachineの定義状態の定義 guardの定義 actionの定義初期状態の定義（必須）遷移の定義 eventに対応する遷移がないときの処理 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 32/95

34. ATMを題材としたケーススタディ • StateMachineの階層化 • StateMachineのインターフェースと実装の分離 • 複数の entry point疑似状態の使い分け • サブStateMachineから親StateMachineへの Eventの伝搬 • guardによるif/else分岐 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 34/95

42. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 42/95

43. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報カード挿入済みの場合 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 43/95

44. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報引き出し以外の取引でも利用可能（振り込みとか） Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 44/95

45. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報生体認証で実現認証というインターフェース Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 45/95

46. 3.ATM（引き出し） include / パスワード認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報実現方法の差し替え Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 46/95

47. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報ジャンクション疑似状態による if / else 分岐 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 47/95

48. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報内部遷移 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 48/95

52. 3.ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報イベントは存在しないが、 Boost.Msmでは伝搬用イベントを定義可能 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 52/95

62. ATM（全体） #include "atm_trade.hpp" namespace Atm { struct HumanDetect {}; struct HumanAway {}; struct All_:msm::front::state_machine_def<All_> { struct Waiting:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Clear Screen" << std::endl; } }; struct InService:Trade {}; typedef Waiting initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Waiting, HumanDetect, InService, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < InService, HumanAway, Waiting, msmf::none, msmf::none > > {}; }; typedef msm::back::state_machine<All_> All; } Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 62/95

63. ATM（全体） #include "atm_trade.hpp" namespace Atm { struct HumanDetect {}; struct HumanAway {}; struct All_:msm::front::state_machine_def<All_> { struct Waiting:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Clear Screen" << std::endl; } }; struct InService:Trade {}; typedef Waiting initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Waiting, HumanDetect, InService, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < InService, HumanAway, Waiting, msmf::none, msmf::none > > {}; }; typedef msm::back::state_machine<All_> All; } サブStateMachineは継承 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 63/95

64. ATM（全体） #include "atm_trade.hpp" namespace Atm { struct HumanDetect {}; struct HumanAway {}; struct All_:msm::front::state_machine_def<All_> { struct Waiting:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Clear Screen" << std::endl; } }; struct InService:Trade {}; typedef Waiting initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Waiting, HumanDetect, InService, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < InService, HumanAway, Waiting, msmf::none, msmf::none > > {}; }; typedef msm::back::state_machine<All_> All; } front_endとの対応付け back_endとの対応付け Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 64/95

65. ATM（全体） namespace Atm { struct HumanDetect {}; struct HumanAway {}; template <class AuthMethod> struct All_:msm::front::state_machine_def<All_<AuthMethod> > { // States struct Waiting:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Clear Screen" << std::endl; } }; struct InService:Trade<AuthMethod> {}; typedef Waiting initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Waiting, HumanDetect, InService, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < InService, HumanAway, Waiting, msmf::none, msmf::none > > {}; }; template <class AuthMethod> struct All:msm::back::state_machine<All_<AuthMethod> > {}; } C++11なら template <class AuthMethod> using All = msm::back::state_machine<All_<AuthMethod>>; 認証の実装を差し替えるためにテンプレート化する struct All_:msm::front::state_machine_def<All_> typedef msm::back::state_machine<All_> All; Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 65/95

67. #include "atm_withdraw.hpp" #include "atm_card_detect.hpp" namespace Atm { struct ChooseWithdraw {}; template <class AuthMethod> struct Trade_:msm::front::state_machine_def<Trade_<AuthMethod> > { struct Choosing:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "1.Withdraw, 2.N/A, 3.N/A ..." << std::endl; } }; struct Withdrawing:Withdraw<AuthMethod> {}; typedef Choosing initial_state; ATM（取引）続く Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 67/95

68. #include "atm_withdraw.hpp" #include "atm_card_detect.hpp" namespace Atm { struct ChooseWithdraw {}; template <class AuthMethod> struct Trade_:msm::front::state_machine_def<Trade_<AuthMethod> > { struct Choosing:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "1.Withdraw, 2.N/A, 3.N/A ..." << std::endl; } }; struct Withdrawing:Withdraw<AuthMethod> {}; typedef Choosing initial_state; ATM（取引）続く認証を実現するテンプレート引数を伝搬 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 68/95

69. ATM（取引） typedef typename Withdrawing::template entry_pt<typename Withdraw_<AuthMethod>::Entry> WithdrawEntry; typedef typename Withdrawing::template entry_pt<typename Withdraw_<AuthMethod>::EntryByCard> WithdrawEntryByCard; typedef typename Withdrawing::template exit_pt <typename Withdraw_<AuthMethod>::Exit> WithdrawExit; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Choosing, ChooseWithdraw, WithdrawEntry, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < Choosing, CardDetect, WithdrawEntryByCard, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < WithdrawExit, msmf::none, Choosing, msmf::none, msmf::none > > {}; }; template <class AuthMethod> struct Trade:msm::back::state_machine<Trade_<AuthMethod> > {}; } Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 69/95

70. ATM（取引） typedef typename Withdrawing::template entry_pt<typename Withdraw_<AuthMethod>::Entry> WithdrawEntry; typedef typename Withdrawing::template entry_pt<typename Withdraw_<AuthMethod>::EntryByCard> WithdrawEntryByCard; typedef typename Withdrawing::template exit_pt <typename Withdraw_<AuthMethod>::Exit> WithdrawExit; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Choosing, ChooseWithdraw, WithdrawEntry, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < Choosing, CardDetect, WithdrawEntryByCard, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < WithdrawExit, msmf::none, Choosing, msmf::none, msmf::none > > {}; }; template <class AuthMethod> struct Trade:msm::back::state_machine<Trade_<AuthMethod> > {}; } 認証を実現するテンプレート引数を伝搬 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 70/95

73. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 73/95

74. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 struct Entry :msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryByCard:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; カード未挿入の場合カード挿入済みの場合 entry point 疑似状態の実装 state Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 74/95

75. 参考 entry point疑似状態と並行状態 State1 entryA struct EntryA:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryB:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryC:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryD:msm::front::entry_pseudo_state<1> {}; typedef mpl::vector<State1, entryC> initial_state; entry point 疑似状態の実装 entryC State0 State3 State4 entryD リージョン番号リージョン0 リージョン1 省略したらinitial_stateからの到達で判断 entryB State2 E1 initial_stateを entryにすることも可能 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 75/95

76. 参考 entry point疑似状態と並行状態 State1 entryA struct EntryA:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryB:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryC:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryD:msm::front::entry_pseudo_state<1> {}; typedef mpl::vector<State1, entryC> initial_state; entry point 疑似状態の実装 entryC State0 State3 State4 entryD リージョン番号リージョン0 省略したらinitial_stateからの到達で判断 entryB State2 E1 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 76/95

77. 参考 entry point疑似状態と並行状態 State1 entryA struct EntryA:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryB:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryC:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryD:msm::front::entry_pseudo_state<1> {}; typedef mpl::vector<State1, entryC> initial_state; entry point 疑似状態の実装 entryC State0 State3 State4 entryD リージョン番号省略したらinitial_stateからの到達で判断 entryB State2 E1 リージョン1 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 77/95

78. 参考 entry point疑似状態と並行状態 State1 entryA struct EntryA:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryB:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryC:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryD:msm::front::entry_pseudo_state<1> {}; typedef mpl::vector<State1, entryC> initial_state; entry point 疑似状態の実装 entryC State0 State3 State4 entryD リージョン番号リージョン0 リージョン1 省略したらinitial_stateからの到達で判断 entryB State2 E1 initial_stateから到達不可の場合、リージョン番号の指定が必須 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 78/95

79. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 template <class AuthMethod> struct Withdraw_:msm::front::state_machine_def<Withdraw_<AuthMethod> > { struct WithdrawAuth:AuthMethod {}; パラメータ化された実装の状態への反映 state int main() { Atm::All<Atm::BioAuth> t; client ここで認証方式を差し替えられる StateMachine 最上階層から伝搬させてきた template parameter Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 79/95

80. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 struct Exit :msm::front::exit_pseudo_state<msmf::none> {}; exit point疑似状態 exit point 疑似状態の実装伝搬イベント無し state Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 80/95

81. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 struct AccountInfo { AccountInfo(int amount_):balance(amount_) {} int balance; }; サブStateMachineからの情報の伝搬伝搬する情報 event struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < AuthExitSuccess, AccountInfo, EnteringAmount, SetAccountInfo, msmf::none >, 遷移 struct SetAccountInfo { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const& e, Fsm&, SourceState&, TargetState& t) const { t.info = e; } }; action eventは無いが eventとして記述サブStateMachineからexit_successする際に自動でイベントが発生する struct EnteringAmount:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Input amount of money" << std::endl; } EnteringAmount():amount(0), info(0) {} int amount; AccountInfo info; }; state stateに口座情報を持たせる口座情報を設定する Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 81/95

82. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < EnteringAmount, EnterAmount, msmf::none, SetAmount, msmf::none >, 内部遷移内部遷移の実装 struct SetAmount { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const& e, Fsm&, SourceState&, TargetState& t) const { t.amount = e.amount; } }; struct EnterAmount { EnterAmount(int amount_):amount(amount_) {} int amount; }; struct EnteringAmount:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Input amount of money" << std::endl; } EnteringAmount():amount(0), info(0) {} int amount; AccountInfo info; }; Nextをnoneに設定すれば内部遷移となる state event 遷移 action stateが持つ情報を更新 stateに引き出し金額情報を持たせる Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 82/95

83. ATM（引き出し） include / 生体認証金額入力中 entry/ 金額入力画面表示, 金額初期化数字ボタン押下/ 金額更新認証中 entry exit_success exit_fail キャンセルボタン押下 [金額 <= アカウント情報.残高] / 支払い, 残高更新[else] 確認ボタン押下残高不足提示中 entry/ 残高不足画面表示確認ボタン押下引き出しカード挿入待ち entry / カード要求画面提示カード挿入 entry entry_by_card 残高提示中 entry/ 残高画面表示確認ボタン押下 exit アカウント情報 struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < EnteringAmount, Ok, InsufficientFunds, msmf::none, msmf::none >, /*else*/ msmf::Row < EnteringAmount, Ok, DisplayingBalance, Pay, CheckAmount >, msmf::Row < EnteringAmount, EnterAmount, msmf::none, SetAmount, msmf::none >, if/else分岐 if/else分岐の実装遷移 struct CheckAmount { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState& s, TargetState&) const { return s.amount <= s.info.balance; } }; guard 遷移評価順序が下から上であることを利用残高が足りているかをチェック Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 83/95

84. #include "atm_account_info.hpp" #include "atm_card_detect.hpp" namespace Atm { struct Cancel {}; struct Ok {}; struct EnterAmount { EnterAmount(int amount_):amount(amount_) {} int amount; }; template <class AuthMethod> struct Withdraw_:msm::front::state_machine_def<Withdraw_<AuthMethod> > { struct Entry :msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct EntryByCard:msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct Exit :msm::front::exit_pseudo_state<msmf::none> {}; struct WaitingCard:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Please insert your card" << std::endl; } }; struct WithdrawAuth:AuthMethod {}; struct EnteringAmount:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Input amount of money" << std::endl; } EnteringAmount():amount(0), info(0) {} int amount; AccountInfo info; }; ATM（引き出し） Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 84/95

85. struct InsufficientFunds:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Insufficient Funds" << std::endl; } }; struct DisplayingBalance:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Your balance:" << balance << std::endl; } void setBalance(int balance_) { balance = balance_; } int balance; }; struct CheckAmount { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> bool operator()(Event const&, Fsm&, SourceState& s, TargetState&) const { return s.amount <= s.info.balance; } }; struct SetAccountInfo { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const& e, Fsm&, SourceState&, TargetState& t) const { t.info = e; } }; ATM（引き出し） Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 85/95

86. struct SetAmount { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const& e, Fsm&, SourceState&, TargetState& t) const { t.amount = e.amount; } }; struct Pay { template <class Event, class Fsm, class SourceState, class TargetState> void operator()(Event const&, Fsm&, SourceState& s, TargetState& t) const { t.setBalance(s.info.balance - s.amount); } }; typedef Entry initial_state; typedef typename WithdrawAuth::template entry_pt<typename AuthMethod::Derived::Entry> AuthEntry; typedef typename WithdrawAuth::template exit_pt <typename AuthMethod::Derived::ExitFail> AuthExitFail; typedef typename WithdrawAuth::template exit_pt <typename AuthMethod::Derived::ExitSuccess> AuthExitSuccess; // Transition table struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < AuthExitSuccess, AccountInfo, EnteringAmount, SetAccountInfo, msmf::none >, msmf::Row < EnteringAmount, Ok, InsufficientFunds, msmf::none, msmf::none >, /*else*/ msmf::Row < EnteringAmount, Ok, DisplayingBalance, Pay, CheckAmount >, msmf::Row < EnteringAmount, EnterAmount, msmf::none, SetAmount, msmf::none >, msmf::Row < InsufficientFunds, Ok, EnteringAmount, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < DisplayingBalance, Ok, Exit, msmf::none, msmf::none > > {}; }; template <class AuthMethod> struct Withdraw:msm::back::state_machine<Withdraw_<AuthMethod> > {}; } ATM（引き出し） Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 86/95

88. ATM（認証）entry exit_success exit_fail 指検出認証失敗認証成功(アカウント情報) 生体認証認証中 entry/認証中画面提示, 認証開始指待ち entry/指要求画面提示タイムアウトアカウント情報 struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Checking, AuthSuccess, ExitSuccess, msmf::none, msmf::none >, struct ExitSuccess :msm::front::exit_pseudo_state<AccountInfo> {}; state 遷移伝搬させたい情報 struct AuthSuccess:AccountInfo { AuthSuccess(AccountInfo const& info):AccountInfo(info) {} }; event struct AccountInfo { AccountInfo(int amount_):balance(amount_) {} int balance; }; event Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 88/95 AuthSuccessからAccountInfoへの変換が発生する

89. ATM （認証） #include "atm_account_info.hpp" namespace Atm { struct AuthSuccess; struct AuthSuccess:AccountInfo { AuthSuccess(AccountInfo const& info):AccountInfo(info) {} }; struct AuthFail {}; struct AuthTimeout {}; struct FingerDetect {}; struct BioAuth_:msm::front::state_machine_def<BioAuth_> { struct Entry :msm::front::entry_pseudo_state<> {}; struct ExitSuccess :msm::front::exit_pseudo_state<AccountInfo> {}; struct ExitFail :msm::front::exit_pseudo_state<msmf::none> {}; struct WaitingFinger:msm::front::state<> { template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Please place your finger on the sensor" << std::endl; } }; struct Checking:msm::front::state<> { // Entry action template <class Event,class Fsm> void on_entry(Event const&, Fsm&) const { std::cout << "Now checking" << std::endl; } }; typedef Entry initial_state; struct transition_table:mpl::vector< // Start Event Next Action Guard msmf::Row < Entry, msmf::none, WaitingFinger, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < WaitingFinger, FingerDetect, Checking, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < WaitingFinger, AuthTimeout, ExitFail, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < Checking, AuthSuccess, ExitSuccess, msmf::none, msmf::none >, msmf::Row < Checking, AuthFail, ExitFail, msmf::none, msmf::none > > {}; }; typedef msm::back::state_machine<BioAuth_> BioAuth; } Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 89/95

90. Client – int main() #include "atm_all.hpp" #include "atm_bio_auth.hpp" int main() { Atm::All<Atm::BioAuth> t; t.start(); t.process_event(Atm::HumanDetect()); t.process_event(Atm::ChooseWithdraw()); t.process_event(Atm::CardDetect()); t.process_event(Atm::FingerDetect()); t.process_event(Atm::AuthSuccess(Atm::AccountInfo(100))); t.process_event(Atm::EnterAmount(50)); t.process_event(Atm::Ok()); t.process_event(Atm::Ok()); } StateMachineのインスタンス宣言・定義 StateMachineの開始 eventの発行 initial_stateのentry actionはここで実行される Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 90/95

91. Client StateMachine 共通event 依存関係～include関係 main.cpp atm_account_info.hpp atm_all.hpp atm_bio_auth.hpp atm_card_detect.hpp atm_trade.hpp atm_withdraw.hpp withdrawのサブStateMachine としてbio_authを利用しているが includeは不要 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 91/95

92. Client StateMachine 共通event 依存関係 main.cpp atm_account_info.hpp atm_all.hpp atm_bio_auth.hpp atm_card_detect.hpp atm_trade.hpp atm_withdraw.hpp 親StateMachineを意識しない親StateMachineを意識しない暗黙の依存インターフェースを意識するが、ファイルはincludeしない状態マシンを部品としてライブラリ的に再利用可能フレームワークとしての利用も可能 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 92/95

93. Boost.MSMのUML2.x要素対応初期疑似状態 Initial Pseudo State 終了状態 Final State ジャンクション疑似状態 Junction Pseudo State 選択疑似状態 Choice Pseudo State State entry point疑似状態 Entry Point Pseudo State exit point疑似状態 Exit Point Pseudo State H H* shallow history deep history initial_state の typedef terminate_state または、 exit_pseudo_state 手作業で等価変換することで対応（普通の）state と anonymous transition + guardで対応 entry_pseudo_state exit_pseudo_state （event伝搬拡張あり） AlwaysHistoryで対応（event限定拡張あり）対応予定無し UMLでの並行状態における意味が曖昧 StateMachine図（UML2.x）要素 Boost.MSMでの対応 Sub Machine State state_machine_def で対応 Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 93/95

94. Boost.MSMのUML2.x要素対応 StateMachine図（UML2.x）要素 Boost.MSMでの対応並行状態 State initial_state の typedef を mpl::vectorとすることで対応 fork forkノード entry_pseudo_state にインデックスを指定することで対応 explicit_entryによっても対応可能 join joinノード待ち合わせ状態を作り、StateMachineにカウンタなどを持たせることで対応可能 eventのdefer (延期) activate_deferred_events typedefの遷移アクション Deferで対応可能 Actionでの自身へのeventを発行 fsm.proccess_event(event)を呼び出すことで対応 ※キューイング処理され、再帰が連鎖することはない Copyright 2011 Takatoshi Kondo All rights reserved 94/95

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