Modelar um semáforo: estado atual mais evento

O semáforo em três estados

O semáforo é o exemplo perfeito porque ninguém tem dúvida sobre como ele funciona. Ele fica verde por um tempo, passa para amarelo, depois para vermelho e volta ao verde. Três estados, uma ordem fixa, um ciclo que se repete. O evento que empurra a máquina é simples: o tempo daquela cor acabou. Repare que o mesmo evento, tempo esgotado, causa efeitos diferentes conforme o estado atual. No verde, o tempo esgotado leva ao amarelo. No amarelo, leva ao vermelho. No vermelho, leva ao verde. Não é o evento sozinho que decide o destino; é a dupla estado atual mais evento.

Essa dupla é o coração de qualquer máquina de estado, e o semáforo deixa isso escancarado. Se alguém pergunta para onde a máquina vai quando o tempo acaba, a resposta certa é uma pergunta de volta: depende, ela está em qual cor agora? Sem saber o estado atual, o evento é ambíguo. Com o estado atual em mãos, o destino é único e previsível. Guardar o estado atual não é um detalhe de implementação; é a memória que dá sentido ao próximo passo. Uma máquina sem memória do estado atual não seria uma máquina de estado, seria só uma reação cega ao evento.

A tabela de transições

Desenhar setas ajuda a ver, mas na hora de programar é mais prático escrever a mesma coisa como uma tabela de transições: para cada par de estado atual e evento, qual é o próximo estado. Do semáforo, a tabela é curta e completa. Verde mais tempo esgotado leva a amarelo. Amarelo mais tempo esgotado leva a vermelho. Vermelho mais tempo esgotado leva a verde. Se uma combinação não aparece na tabela, a máquina não se move, e isso é uma proteção, não uma falha. A tabela vira a fonte única de verdade: mudou a regra, muda-se a tabela, e o resto do código continua igual, só consultando.

estado <- 'verde'

// funcao que aplica a transicao do semaforo
função proximo(cor)
  se cor = 'verde' então retorne 'amarelo' fim
  se cor = 'amarelo' então retorne 'vermelho' fim
  se cor = 'vermelho' então retorne 'verde' fim
fim

// tres eventos 'tempo esgotado' em sequencia
estado <- proximo(estado)
estado <- proximo(estado)
estado <- proximo(estado)
escreva(estado)

Quando o semáforo cresce

Semáforos de verdade costumam ter mais nuances, e é interessante ver como a máquina de estado absorve isso sem virar bagunça. Muitos têm um estado de amarelo piscante à noite, que entra por um evento diferente (chegou o horário noturno) e sai por outro (voltou o horário normal). Alguns têm um estado de defeito, alcançado por um evento de falha a partir de qualquer cor. Cada novidade é só um estado a mais e algumas transições a mais na tabela. O esqueleto não muda: continua sendo estado atual mais evento decide o próximo estado. É por isso que o modelo escala bem, de uma catraca de dois estados a controles bem mais complexos.