基于unity3d(C#)的有限状态机设计

1.什么是有限状态机

有限状态机是把一个对象的行为分解称为易于处理的“块”或状态。例如，灯的开关，就是一个简单的有限状态机。它有两种状态：开和关。

假想一个机器小猫。它在肚子有一个插槽，放有很多模块（用来控制小猫的状态）。这些模块里包含这小猫的不同行为。例如：玩毛线、吃鱼，或者睡觉。如果没有一个模块，小猫就会是一个死气沉沉的金属雕塑品，只会静静坐着。猫在玩毛线的状态时，会监控小猫饥饿的等级，当它感到饥饿等级上升时，会自己把模块转换到吃鱼。吃鱼模块运行，直到小猫吃饱后，再跳回玩毛线状态。这只小猫就是我们的程序，里面的模块就是程序里的各种状态。

2.为什么要用有限状态机

通常，在一个程序里面，转换各种状态，需要使用一系列的if－then语句或者switch语句。比如：While(游戏未结束)

{　　Switch(游戏状态)　　Case 资源加载：　　Case 进入关卡：　　Load_gate();//加载背景、飞机、炮弹的图片。　　Case 游戏菜单：　　If (游戏结束) 计算游戏结果　　ase 游戏进行:　　New_paodan();//产生新炮弹　　Move();//计算出该时刻飞机以及所有炮弹所在的位置　　Is_pengzhuang();//碰撞判断　　ase 游戏暂停:　　Thread_pause();//游戏暂停操作。　　• Draw()函数框架的伪代码如下：　　Draw()　　{　　Switch(游戏状态)　　Case 游戏进行：　　Draw_background();//绘制背景　　Draw_paodan();//画炮弹　　Draw_feiji();//画飞机　　Case 其他：　　略....　　} 

这种方法容易理解，让人也觉得合理，但是当应用的再稍微复杂一点点，switch/if-then 这种方法就变成了一个怪物，它会潜伏起来等着突袭。随着更多状态和条件被加入，这种结构就像意大利面条一样跳来跳去，使得程序流程很难理解，你调试它也会是个噩梦。此外，它不灵活，当你第一次计划好整个程序时，你几乎肯定会发现，你需要经常的、频繁的修改switch/if-then语句（除非你是天才）。

此外，当你想让对象处于初始进入状态或者退出状态时，你会常常需要一个状态完成一个制定的行动。例如，一个（敌人）对象进入逃跑状态，你可能会希望它挥着胳膊还道：啊！，当他最后逃脱并进入巡逻状态，你可能会希望它发出一声叹息，擦去额头的汗水。这些行为都只能是在进入或退出某个状态时出现的，而不会发生在通常的更新步骤中。因此，这个附加的函数必须理想地建立在你的switch/if-then语句中。在这个架构中你想做到这些，必定会咬牙切齿、恶心反胃，并且写出相当糟糕的代码。

3.如何使用有限状态机

整个程序的世界由BaseGameEntity继承来。它用来储存每个对象的ID号码，并且定义一个Update函数，在每个更新步骤被调用（unity3d中每个对象都自带了update函数，所以基类不需要再有）。

BaseGameEntity类声明如下：

public class BaseGameEntity : MonoBehaviour{private int m_ID;//每个对象具有一个唯一的识别数字private static ArrayList m_idArray = new ArrayList();public int ID (){return m_ID;}protected void SetID (int val){//这个函数用来确认ID是否正确设置if (m_idArray.Contains(val)) {Debug.LogError ("id cuo wu ");return;}m_idArray.Add(val);m_ID = val;}public int getID(){return m_ID;}} 

对象类从BaseGameEntity类继承，包含该对象的各种各样特性数据成员，例如这个对象是个人物角色，类中就包含它的健康、疲劳程度、它的位置，等等。一个对象有一个指向state（状态）类的实力，还有一个方法来改变指针指向的状态。

public class People : BaseGameEntity {//指向一个状态实例的指针StateMachine m_pStateMachine;//角色当前的位置public location_type m_Location;//矿工角色包中装了多少金块public int m_iGoldCarried;//矿工角色在银行存了多少钱public int m_iMontyInBank;//矿工角色口渴程度public int m_iThirst;//矿工角色疲劳程度public int m_iFatigue;void Start () {// 设置IDSetID((int) People);//设置状态接口，并指向一个状态m_pStateMachine = new StateMachine(this);m_pStateMachine.SetCurrentState(People_GloballState .Instance());}void Update (){//调用正在使用的状态m_pStateMachine.SMUpdate();}public StateMachine GetFSM (){//返回状态管理机return m_pStateMachine;}} 

下面介绍角色的状态类。

先看看状态基类：

//C# 范型public class State{public entity_type Target ;//进入状态  public virtual void Enter (entity_type entityType){}//状态正常执行public virtual void Execute (entity_type entityType){}//退出状态public virtual void Exit (entity_type entityType){}} 

再看看状态控制机的类：

using UnityEngine;using System.Collections;public class StateMachine{//entity 实体private entity_type m_pOwner;private State m_pCurrentState;private State m_pPreviousState;private State m_pGlobalState;public StateMachine (entity_type owner){m_pOwner = owner;m_pCurrentState = null;m_pPreviousState = null;m_pGlobalState = null;}public void GlobalStateEnter(){m_pGlobalState.Enter(m_pOwner);}public void SetGlobalStateState(State GlobalState){m_pGlobalState = GlobalState;m_pGlobalState.Target = m_pOwner;m_pGlobalState.Enter(m_pOwner);}public void SetCurrentState(State CurrentState){m_pCurrentState = CurrentState;m_pCurrentState.Target = m_pOwner;m_pCurrentState.Enter(m_pOwner);}public void SMUpdate (){//全局状态的运行if (m_pGlobalState != null)m_pGlobalState.Execute (m_pOwner);//一般当前状态的运行if (m_pCurrentState != null)m_pCurrentState.Execute (m_pOwner);}public void ChangeState (State pNewState){if (pNewState == null) {Debug.LogError ("该状态不存在");}//退出之前状态m_pCurrentState.Exit(m_pOwner);//保存之前状态m_pPreviousState = m_pCurrentState;//设置当前状态m_pCurrentState = pNewState;m_pCurrentState.Target = m_pOwner;//进入当前状态m_pCurrentState.Enter (m_pOwner);}public void RevertToPreviousState (){//qie huan dao qian yi ge zhuang tai ChangeState (m_pPreviousState);}public State CurrentState (){//fan hui dang qian zhuang tai return m_pCurrentState;}public State GlobalState (){//fan hui quan ju zhuang tai return m_pGlobalState;}public State PreviousState (){//fan hui qian yi ge zhuang tai return m_pPreviousState;}public bool HandleMessage (Telegram msg){//the messageif (m_pCurrentState!=null && m_pCurrentState.OnMessage (m_pOwner, msg)) {return true;}// message to the global stateif (m_pGlobalState!=null && m_pGlobalState.OnMessage (m_pOwner, msg)) {return true;}return false;}} 

角色的状态类继承自State基类：

public class People_GloballState :State<People >{private static People_GloballState instance;//Singleton设计模式，确保了一个对象只能实例化一次，它是全局可访问的。public static People_GloballState Instance (){if (instance == null)instance = new People_GloballState ();return instance;}public override void Enter (People Entity){//base.Enter (Entity);}public override void Execute (People Entity){//base.Execute (Entity);}public override void Exit (People Entity){//base.Exit (Entity);}} 

这是角色对象的全局状态，其它状态与之类似。

如有任何疑问，可以发邮件给我讨论：[e-mail]。