Zustandsautomaten

Eine Ampel zeigt nie einfach irgendeine Farbe. Sie ist immer in genau einer Phase, und sie wechselt nur nach festen Regeln in die nächste. Ein Drehkreuz im Schwimmbad ist entweder gesperrt oder entsperrt, nichts dazwischen. Solche Maschinen nennt die Informatik Zustandsautomaten: Sie merken sich einen Zustand und ändern ihn nur, wenn ein bestimmtes Ereignis eintritt. Dieses einfache Muster steckt in Ampeln, Aufzügen, Waschmaschinen und in unzähligen Programmen.

Zustände und Übergänge

Zwei Begriffe reichen, um jeden Automaten zu beschreiben. Der Zustand ist die Situation, in der sich die Maschine gerade befindet, zum Beispiel Grün oder Gesperrt. Ein Übergang ist eine Regel für den Wechsel, und sie lässt sich immer als Satz aufschreiben: Wenn im Zustand A das Ereignis X passiert, wechsle in den Zustand B. Ein ganzer Automat ist einfach eine Liste solcher Sätze. Mehr ist ein Zustandsdiagramm in Worten nicht.

Die Ampel als Automat

Eine Ampel in Deutschland hat vier Zustände: Rot, dann Rot und Gelb zusammen, dann Grün, dann Gelb, und danach wieder Rot. In manchen Ländern fehlt die Phase Rot und Gelb, das Muster aus Zuständen und Übergängen bleibt aber dasselbe. Das Ereignis, das bei der Ampel jeden Übergang auslöst, ist schlicht ein abgelaufener Timer. In Worten: Wenn im Zustand Rot der Timer abläuft, wechsle zu Rot und Gelb. Wenn im Zustand Grün der Timer abläuft, wechsle zu Gelb. Vier solche Sätze, und der Kreislauf ist vollständig beschrieben. Genau so ein Regelwerk steckt in der Steuerung jeder echten Ampelanlage.

Das Drehkreuz

Das Drehkreuz zeigt eine zweite wichtige Idee: Dasselbe Ereignis kann je nach Zustand etwas anderes bewirken. Es kennt zwei Zustände, Gesperrt und Entsperrt, und zwei Ereignisse, Münze einwerfen und Drücken. Eine Münze im Zustand Gesperrt entsperrt das Kreuz. Drücken im Zustand Entsperrt lässt eine Person durch und sperrt wieder. Drücken im Zustand Gesperrt bewirkt dagegen nichts, das Kreuz bleibt zu. Und eine zweite Münze im Zustand Entsperrt ändert ebenfalls nichts, das Kreuz bleibt einfach entsperrt. Der Automat reagiert also nicht nur auf das Ereignis, sondern auf die Kombination aus Zustand und Ereignis.