遊戲中分層狀态機的實作(轉)

    遊戲中最複雜的邏輯部分就是戰鬥部分。之前一直沒有對狀态機進行理論學習，以及于在設計遊戲戰鬥邏輯的時候總是沒有安全感。下邊是一個寫的不錯的文章。

​

狀态機的實作方式有很多種，一般都使用比較簡單的switch case方式來實作對事件的處理和狀态的轉移，如下所示：

[html] 
     ​​view plain​​​
     ​​​copy​​ 
1. void ProcessEvent(Event event)
2. {
3. switch(state)
4. {
5. case StateA:
6. StateAProcess(event);
7. break;
8. 
9. case StateB:
10. StateBProcess(event);
11. break;
12. }
13. }      

也有利用數組實作的行列式狀态機，這樣友善開發人員檢視，如下所示：

[csharp] 
     ​​view plain​​​
     ​​​copy​​ 
1. EventHandler stateHandler[] =
2. {
3. StateA_Event1, StateA_Event2,
4. StateB_Event1, StateB_Event2,
5. };
6. 
7. void ProcessEvent(Event event)
8. {
9. int index = state * EVENT_NUM + event;
10. stateHandler[index]();
11. }      

但是這些狀态機都有一個共同點，就是狀态之間的轉移需要在狀态内部顯示得指明目标狀态。

----------------------------------------------------------------------------------------------

在遊戲中，遇到一些複雜的情況時，如果使用普通的狀态機，那需要寫大量的狀态，舉一個星際争霸中一個機槍兵的例子：

1. 機槍兵在平時站立時，處于 空閑 狀态；

2. 機槍兵發現敵人，并且敵人在射程範圍内，機槍兵開始攻擊敵人；此時，機槍兵進入 攻擊 狀态；

3. 敵人死亡，機槍兵停止攻擊；此時，機槍兵回到 空閑 狀态；

4. 此時玩家發出進攻指令，此進攻指令是用A鍵點了遠處的一個地面 place1 ，也就是沒有具體目标的進攻；此時，機槍兵進入 移動進攻 狀态；

5. 在移動過程中，機槍兵發現了敵人，是以他要脫離原來的路徑，走向發現的敵人；此時，機槍兵進入 追擊 狀态；

6. 機槍兵和敵人的距離小于了自己的射程之後，機槍兵停下來，并且攻擊敵人；此時，機槍兵進入了 攻擊 狀态；

7. 敵人死亡後，機槍兵重新尋路到place1，繼續前進；此時機槍兵回到步驟4，回到了 移動進攻 狀态。

在上面這個過程中，從步驟2到步驟3，攻擊 狀态轉移到 空閑 狀态；從步驟6到步驟7，攻擊 狀态轉移到 移動進攻 狀态；源狀态都是 攻擊 狀态，觸發事件都是 敵人死亡，但是目标狀态卻不相同；

也就是說，步驟2的 攻擊 狀态和步驟6的 攻擊 狀态嚴格意義上是不同的兩個狀态，一般來說有兩個解決方案來滿足這種情況：

1. 做 攻擊A 狀态和 攻擊B 狀态；

2. 在攻擊狀态内儲存一個變量，來實作狀态結束後跳轉到不同的狀态；

其實這兩種方法本質上都是一樣的，而且都存在同樣的缺點：如果在某種情況下如果 攻擊 狀态收到 敵人死亡 事件之後需要跳轉到其他狀态，（比如機槍兵在巡邏時發現敵人的情況），那就需要增加狀态或者代碼分支。

如何才能将上面的 攻擊 狀态合并為一個，而且可以支援以後的擴充呢？這個就是需要解決的問題。

仔細分析一下，可以發現 攻擊 狀态之是以需要跳轉到不同的目标狀态，是因為在其前，機槍兵進入了不同的狀态；換句話說，機槍兵退出 攻擊 狀态的時候，實際上是回到了之前的某個階段的狀态。（步驟2是回到前一個狀态，步驟7是回到了前兩個狀态）

----------------------------------------------------------------------------------------------

堆棧的特性為我們很好地解決了這個問題：壓人變量A，棧頂的變量就是變量A；壓入變量B，棧頂的變量變為變量B；彈出變量B，棧頂的變量變回到變量A。

是以根據這個特性，可以開發一個融合堆棧的狀态機，其基礎構造參照了《大型多人線上遊戲開發》（《Massively Multiplayer Game Development》）裡面的狀态機實作，代碼（c sharp格式）參考如下：

[csharp] 
     ​​view plain​​​
     ​​​copy​​
1. public enum StateChange
2. {
3. None,
4. Switch,
5. Enter,
6. Exit,
7. }
8. 
9. public class UnitSMBase
10. {
11. public UnitState state;
12. public StateChange change;
13. 
14. float _deltaTime;
15. protected float _checkTime;
16. protected Unit _unit;
17. 
18. public UnitSMBase(Unit unit)
19. {
20. _unit = unit;
21. _deltaTime = 0;
22. }
23. 
24. public virtual void Enter()
25. {
26. _checkTime = 1;
27. }
28. 
29. public virtual void Exit()
30. {
31. }
32. 
33. public void ProcessEvent(UnitEvent evt)
34. {
35. state = UnitState.None;
36. change = StateChange.None;
37. 
38. if(evt == UnitEvent.Update)
39. {
40. if(_deltaTime >= _checkTime)
41. {
42. _deltaTime = 0;
43. evt = UnitEvent.UpdateFixTime;
44. }
45. else
46. {
47. _deltaTime += Time.deltaTime;
48. }
49. }
50. 
51. DoProcess(evt);
52. }
53. 
54. protected virtual void DoProcess(UnitEvent evt)
55. {
56. }
57. 
58. public virtual bool CanGo(UnitState unitState)
59. {
60. return true;
61. }
62. }
63. 
64. 
65. public class UnitSmMgr
66. {
67. List<UnitSMBase> _smList;
68. Dictionary<UnitState, UnitSMBase> _smStateDict;
69. 
70. public UnitSmMgr(UnitSMBase initSM, UnitState initState)
71. {
72. new List<UnitSMBase>();
73. _smList.Add(initSM);
74. 
75. new Dictionary<UnitState, UnitSMBase>();
76. _smStateDict[initState] = initSM;
77. 
78. initSM.Enter();
79. }
80. 
81. public void RegisterSM(UnitSMBase sm, UnitState state)
82. {
83. _smStateDict[state] = sm;
84. }
85. 
86. public void ProcessEvent(UnitEvent evt)
87. {
88. _smList[0].ProcessEvent(evt);
89. 
90. switch(_smList[0].change)
91. {
92. case StateChange.Enter:
93. _smList.Insert(0, _smStateDict[_smList[0].state]);
94. _smList[0].Enter();
95. break;
96. 
97. case StateChange.Switch:
98. _smList[0].Exit();
99. _smList[0] = _smStateDict[_smList[0].state];
100. _smList[0].Enter();
101. break;
102. 
103. case StateChange.Exit:
104. _smList[0].Exit();
105. _smList.RemoveAt(0);
106. break;
107. }
108. 
109. if(0 == _smList.Count)
110. {
111. "state machine is empty");
112. }
113. }
114. }      

主要思路如下：

1. 每個狀态都是一個類，他們繼承于一個公共類，其包含進入，退出，處理事件的虛方法；

2. 狀态機有一個狀态堆棧，這裡使用List來實作；

3. 狀态機初始化時有一個初始狀态，一般為idle狀态，其成為堆棧的第一個元素；

4. 狀态轉移分為3種情況：a 進入目标狀态，b 退出目前狀态，c 切換到目标狀态（即先退出目前狀态，再進入目标狀态）；

5. 目前有效的狀态就是狀态堆棧裡面棧頂的那個狀态，即：_smList[0]；

按照這個狀态機模型來實作前面講過的機槍兵的例子，其中狀态機圖中左邊衛棧頂，右邊為棧底：

1. 機槍兵在平時站立時，處于 空閑 狀态；

初始化狀态機，并将 空閑 狀态作為初始狀态放入狀态機堆棧中；狀态機堆棧：【空閑】

2. 機槍兵發現敵人，并且敵人在射程範圍内，機槍兵開始攻擊敵人；此時，機槍兵進入 攻擊 狀态；

進入 攻擊 狀态；狀态機堆棧：【攻擊】【空閑】

3. 敵人死亡，機槍兵停止攻擊；此時，機槍兵回到 空閑 狀态；

退出目前狀态；狀态機堆棧：【空閑】

4. 此時玩家發出進攻指令，此進攻指令是用A鍵點了遠處的一個地面 place1 ，也就是沒有具體目标的進攻；此時，機槍兵進入 移動進攻 狀态；

進入 移動進攻 狀态；狀态機堆棧：【移動進攻】【空閑】

5. 在移動過程中，機槍兵發現了敵人，是以他要脫離原來的路徑，走向發現的敵人；此時，機槍兵進入 追擊 狀态；

進入 追擊 狀态；狀态機堆棧：【追擊】【移動進攻】【空閑】

6. 機槍兵和敵人的距離小于了自己的射程之後，機槍兵停下來，并且攻擊敵人；此時，機槍兵進入了 攻擊 狀态；

切換到 攻擊 狀态；狀态機堆棧：【攻擊】【移動進攻】【空閑】

7. 敵人死亡後，機槍兵重新尋路到place1，繼續前進；此時機槍兵回到步驟4，回到了 移動進攻 狀态。

退出目前狀态；狀态機堆棧：【移動攻擊】【空閑】

這樣的話，不需要記錄之前狀态的資訊，就能完成狀态之間的正确轉移；開發邏輯時，隻需要注意狀态發生變化時應該使用3種方式裡面的哪1種來做狀态轉移。

其他參考：