Joker的有限状态机

这几天我在试图学习Unity里的动作系统，了解到“有限状态机”这个东西，之前一直有听说过，以前总感觉很高大上，花了一节水课的时间大概弄懂了，于是分享一下。

温馨提示：在开始阅读本文之前，请确保你了解C#语言中接口、继承、抽象类等相关知识点，否则可能会看不懂）。

什么是有限状态机？

对于玩家和怪物，总会存在几个状态：比如待机、跑步、攻击、巡逻...这些都可以称之为状态。我们在Unity开发中最常接触的有限状态机就是我们的Animator窗口——它就是一个有限状态机。 使用有限状态机，可以更方便我们去进行人物行为动作管理和逻辑管理，比如玩家处于待机状态，按下W键切换到跑步状态、跳跃时进入跳跃状态，我们把不同状态用状态机进行管理，就会好很多。

通用的有限状态机框架

在我观看数位、海内海外的博主的视频，发现他们都会采用同一套框架，逻辑、代码都是极其相似的，于是进行总结。
首先我们新建一个名为IState.cs： 
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using UnityEngine;
public interface IState
{
    public void Enter();
    public void Exit();
    public void Update();
}

作用是实现一个接口，相当于一套代码规范，我们的所有状态：待机、跑步、跳跃等都要实现接口里的方法。

第二步，我们开始写状态机主体框架，新建FSM.cs文件：

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using System.Collections.Generic;
using Unity.IO.LowLevel.Unsafe;
using UnityEngine;

//当距离太大对象直接待机，到一定范围对峙，对峙完一会儿直接跑过来，到一定距离再攻击
public enum StateType
{
    idle,
    stand,
    run,
    attack
}
public class FSM
{
    private IState currentIState;
    public Dictionary<StateType, IState> states;
    public FSM()
    {
        this.states = new Dictionary<StateType, IState>();
    }

    //添加状态
    public void AddState(StateType state,IState istate)
    {
        if (states.ContainsKey(state))
        {
            Debug.Log("请勿重复添加状态");
            return;
        }
        states.Add(state, istate);
    }
    //转换状态
    public void TransformState(StateType state)
    {
        if (!states.ContainsKey(state))
        {
            Debug.Log("没有找到此状态");
            return;
        }
        if (currentIState != null)
        {
            currentIState.Exit();
        }
        currentIState = states[state];
        currentIState.Enter();
    }

    void OnStart()
    {
        //注册状态    
    }

    void OnUpdate()
    {
        //状态每帧执行的函数
        currentIState.Update();
    }
}


第三步，我们拿IdleState.cs举例子

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using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class IdleState : StateBase
{
    // 假设我们IDLE状态需要用到某些组件比如Animator中的动画
    private Animator animator; // 声明一个Animator类型的私有变量animator
    private FSMControl fsm; // 声明一个FSMControl类型的私有变量fsm
    private float deltaTime = 5f; // 声明一个私有浮点变量deltaTime并初始化为5秒

    public IdleState(Animator animator, FSMControl fsm)
    {
        this.animator = animator; // 初始化animator变量
        this.fsm = fsm; // 初始化fsm变量
    }

    public override void Enter()
    {
        Debug.Log("开工!"); // 当状态进入时打印日志
    }

    public override void Update()
    {
        Debug.Log("我在工作!"); // 每帧更新时打印日志

        if (deltaTime >= 0) // 如果deltaTime大于或等于0
        {
            deltaTime -= Time.deltaTime; // 减少deltaTime的值
            if (deltaTime <= 0) // 如果deltaTime小于或等于0
            {
                // 转换状态
                fsm.TransformState(StateType.attack);
            }
        }
    }

    public override void Exit()
    {
        Debug.Log("逻辑执行完毕！");
    }
}

最后调用：

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using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class TestFSM : MonoBehaviour
{
    private FSMControl fsm; // 声明一个FSMControl类型的私有变量fsm
    private Animator animator; // 声明一个Animator类型的私有变量animator

    private void Awake()
    {
        fsm = new FSMControl(); // 在Awake方法中实例化FSMControl
        animator = GetComponentInChildren<Animator>(); // 获取子对象中的Animator组件

        // 添加状态
        fsm.AddState(StateType.IDLE, new IdleState(animator, this.fsm)); // 添加IDLE状态,this.fsm可以减少内存占用
        fsm.AddState(StateType.MOVE, new MoveState()); // 添加MOVE状态
        fsm.SetState(StateType.IDLE); // 设置初始状态为IDLE
    }

    private void Update()
    {
        fsm.OnTick(); // 在Update方法中调用fsm的OnTick方法，更新状态机
    }
}

让我们重新理清逻辑：
IState.cs：所有状态都有“进入状态”“状态执行中”“退出状态”三个方法，于是我们用代码写个接口，所有状态均继承这个接口。
FSM.cs：状态机的核心部分，首先用枚举定义我们有几种状态，接着我们用IState的一个实例currentState,根据“父装子”原则,用于代表我们当前的状态。
同时，我们定义一个字典states，用于存储我们的状态，接下来构造函数。然后我们写添加状态和转换状态的方法，在Start函数里注册完我们的所有方法，Update函数里去进行状态调用。

那么状态机用来干什么？主要是提升我们的开发效率、简化代码吧，它可以用来制作敌人AI逻辑、也可以用来丰富我们的角色控制器，用处还是很大的。