扩展性、易用性 浅谈游戏状态机的设计与实现

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　GameRes游资网授权发布 文 / 武龙飞

　　前言：

　　游戏编程中对状态机的理解和应用，是体现程序员是否对游戏编程入门的重要指标。本篇文章描述状态机的原理，以及如何实现。并探讨状态机的扩展性和易用性。

　　什么是状态机：

　　1、状态机是通过状态变量来描述不同状态

　　2、状态机变量是互斥的

　　3、状态机的分割是状态机好坏的标准

　　状态机的好处：

　　1、降低整个系统的复杂性

　　2、容易扩展

　　3、容易维护

　　如何实现状态机：

　　1、通过不同的状态分割逻辑

　　2、通过面向对象思想来扩展和分割逻辑

　　状态机简单类型：

1、定义状态机类型

1. enum PlayerState{  
   
2.     INVALID,  
   
3.     STAND,  
   
4.     MOVE,  
   
5.     ATTACK,  
   
6.     DIE  
   
7. };  

复制代码

　　2、实现更新状态，在不同的状态执行不同的逻辑

1. void Player::Update(float ts){  
   
2.     switch(user_state_){  
   
3.         case STAND:  
   
4.             Stand(ts);  
   
5.             break;  
   
6.         case MOVE:  
   
7.             Move(ts);  
   
8.             break;  
   
9.         case ATTACK:  
   
10.             Attack(ts);  
    
11.             break;  
    
12.         case DIE:  
    
13.             Die();  
    
14.             return;  
    
15.         default:  
    
16.             std::cout<<"error\n";  
    
17.   
    
18.     }  
    
19.   
    
20.     if(hp_ <= 0){  
    
21.         SetState(DIE);  
    
22.     }  
    
23. }  

复制代码

　　3、切换状态，在切换状态的时候做一些事情

1. void Player::SetState(PlayerState state){  
   
2.     if(state == user_state_){  
   
3.         return;  
   
4.     }  
   
5.     switch(state){  
   
6.         case STAND:  
   
7.             std::cout << "----begin stand--------\n";  
   
8.             break;  
   
9.         case MOVE:  
   
10.             std::cout << "----begin move--------\n";  
    
11.             break;  
    
12.         case ATTACK:  
    
13.             std::cout << "----begin attack--------\n";  
    
14.             break;  
    
15.         case DIE:  
    
16.             std::cout << "----begin die--------\n";  
    
17.             break;  
    
18.         default:  
    
19.             std::cout <<"the state is error";  
    
20.             break;  
    
21.     }  
    
22.     user_state_ = state;  
    
23. }  

复制代码

　　这种状态机小而精悍，如果在一个对象中有很多标志量来标记实例的状态，这时候该考虑下通过这种小型的状态机来实现了。但是这种状态机如果状态变量比较多，扩展性并不好。并且复杂性会随着状态机的增多，指数型增加。整个编译单元的代码量也会很大，对易读性和维护性都是负面影响。

　　状态机面向对象类型：

　　面向对象类的状态机是一种更容易扩展的新型状态机，通过单间实现方式，使用更少的内存，先看下整个状态机的uml设计图。

　　首先是通过接口定义通用状态机接口，然后定义了单间的接口。这种方式统一让所有的状态实现三个函数，这三个函数分别对应切入状态，在状态中，退出状态，需要执行的逻辑分别放在这三个函数里执行，通过这样的分割，状态很容易扩展，也不会混乱。具体代码实现，请看下面说面里面github的地址。

　　在StateManager是专门管理角色状态的管理类，每个角色对象包含一个状态机管理类。

　　总结：

　　状态机的模型是非常简单，但并不是每个人都能设计好的状态机。因为好的状态机不仅需要对程序的把握要比较到位，同时需要对整个业务的理解比较到位。好的状态机使程序变的更加简洁，易扩展，容易查找bug，还非常稳定。坏得状态分割只会让程序晦涩难懂。

　　说明：

　　1、通过两个状态机实现了两个简单的猜数打怪兽游戏。

　　2、所有完整程序都可以到这个地址查看，下载，修改。

　　3、整个代码都是通过C++ 完成的，编译环境是osx 10.10 + LLVM 6.0 ， C++使用 -std=c++1y。程序写了makefile，所以如果在其他平台只需要简单修改下makefile就可以快乐的玩耍了。

　　相关阅读：游戏开发之状态机的实现与优化