Unity-FSM有限状态机
什么是有限状态机？
在编写一些需要判断多个条件的程序时，我们常常会用到 if-else 语句，这样能够很好的帮我们解决多数问题。但在游戏开发过程中，一个角色的行为不是一成不变的，需要实时的进行修改，此时如果我们使用的是 if-else 来判断角色所处状态，就需要修改整个代码体，十分麻烦。而有限状态机很好的解决了这一些问题。
有限状态机实现的方式是，将判断条件、角色状态、状态机分别封装成一个类，这样当我们需要增加或者减少角色的状态时，直接将对应的状态与相对应的条件删除即可，不会影响到所有的代码，极大的减少了开发时间。
下面将介绍有限状态机该如何编写。
通常的有限状态机
一般的状态机代码，会先有一个抽象的状态父类，其中包含两个抽象函数，一个是需要在进入状态的一开始就执行，一个是需要在程序执行的时候每一帧都执行，并由子类继承这个抽象父类，实现对应的两个函数。切换条件需要写在每一帧都调用的函数中。
- 状态类:
public abstract class EnemyBaseState //状态父类
{
public abstract void EnterState(Enemy enemy);
public abstract void OnUpdate(Enemy enemy);
}
public class PatrolState : EnemyBaseState //巡逻子类
{
public override void EnterState(Enemy enemy)//进入状态函数
{
//此处省略
}
public override void OnUpdate(Enemy enemy)//每帧都需要执行
{
//此处省略
if(Mathf.Abs(enemy.transform.position.x - enemy.targetPoint.position.x) < 0.01f)//如果已经达到目标点
{
enemy.TransitionState(enemy.patrolState);//重新进入该状态
}
if(enemy.attackList.Count != 0)//攻击目标集合不为0
{
enemy.TransitionState(enemy.attackState);//切换为攻击状态
}
}
}
在使用状态机时，就可以只创建抽象父类实例对象，在程序执行的过程中将不同的子类赋值给该对象（里氏转换），并调用其中的两个函数。
当然，在执行各个状态中的函数时，不可避免的需要调用脚本中的参数，所以需要将脚本的引用传递给状态机。
- Controller（状态机使用者）:
public abstract class Enemy : MonoBehaviour
{
[Header("状态机相关")]
//创建状态机对象
EnemyBaseState currentState;
//实例化子类对象
public PatrolState patrolState = new PatrolState();
public AttackState attackState = new AttackState();
//程序开始时，设置初始状态
protected virtual void Start()
{
TransitionState(patrolState);
}
public void TransitionState(EnemyBaseState state)//切换状态类的函数
{
currentState = state;
currentState.EnterState(this);//进入状态需要执行的函数
}
protected virtual void Update()
{
currentState.OnUpdate(this); //各个状态中每一帧都需要执行的函数
}
}
将条件写成类的有限状态机
如上所述，我们需要将代码变成三个部分，判断条件、角色状态、状态机，三个部分对应三个基类。这样的写法，需要将在状态类中实例化条件类的对象，从而进行条件的判断。
下面将一一介绍：
判断条件(Trigger)
条件类需要以下几个成员：
- 条件编号：属性成员代替，方便其他类查找条件
- 构造函数：强制要求对属性赋值
- 判断函数：需要传进一个状态机参数，因为条件类本身不自带参数，需要状态机的参数进行条件判断
public abstract class Trigger
{
public TriggerID triggerID{get; set;}//属性编号
public Trigger()
{
Init();
}
public abstract void Init();//构造函数，用于对属性赋值
public abstract bool HandleTrigger(Base fsmBase);
//判断函数，可以让别的类调用，并返回一个bool值
}
角色状态(State)
状态类需要以下几个成员：
- 状态编号：用属性代替，方便查找对应的条件
- 条件集合：由于保存各种条件对象
- 字典集合：用于查询条件成立时对应的状态
- 构造函数：强制要求对属性赋值
- 配置字典函数：向字典集合中添加成员
- 判断函数：由状态机调用，判断此时有何条件成立
- 三个基本函数：进入状态、状态执行、退出状态
public abstract class State
{
private Dictionary<TriggerID,StateID> map;//字典
public List<Trigger> Triggers;//条件集合
public StateID stateID { get; set; }//状态属性
public State()
{
map = new Dictionary<TriggerID, StateID>();
Init();
}
public abstract void Init();//抽象化构造函数
public void Reason(Base fsmBase)//由 状态机 调用的 检测方法
{
for(int i=0;i<Triggers.Count;i++)//遍历条件集合
{
if(Triggers[i].HandleTrigger(fsmBase))
{
//切换状态
fsmBase.ChangeActiveState(map[Triggers[i].triggerID]);
//将条件对应的状态ID传引用给状态机
return;
}
}
}
public void AddMap(TriggerID triggerID,StateID stateID)
{
map.Add(triggerID,stateID);
//创建条件对象
Type type = Type.GetType("FSM."+triggerID+"Trigger");
Trigger trigger = Activator.CreateInstance(type) as Trigger;
Triggers.Add(trigger);
}
public virtual void EnterState(Base fsmBase){}
public virtual void ActionState(Base fsmBase){}
public virtual void ExitState(Base fsmBase){}
}
状态机(Base)
状态机所需成员：
- 默认状态ID：在Unity界面选择
- 状态列表：存储所有状态对象
- 初始化组件函数：初始化对应组件
- 初始化默认状态函数：根据默认状态ID设置默认状态
- 配置状态机函数：向条件列表与条件类中的字典集合中添加对象
- 切换状态函数：由状态类调用，条件满足后切换状态
public class Base : MonoBehaviour
{
[Header("角色基本组件")]
[HideInInspector]public Animator Anim;
[HideInInspector]public Rigidbody2D rb;
[Tooltip("初始状态")]public StateID defaultStateID;
private List<State> states;//状态列表
public State currentState;//当前状态
public State defaultState;
public virtual void Start()
{
InitCommponent();
SetBase();
InitDefaultState();
}
public void InitCommponent()//初始化组件
{
Anim = GetComponentInChildren<Animator>();
rb = GetComponentInChildren<Rigidbody2D>();
}
public void InitDefaultState()//初始化默认状态
{
defaultState = states.Find(s => s.stateID == defaultStateID);
currentState = defaultState;
currentState.EnterState(this);
}
//配置状态机
private void SetBase()
{
states = new List<State>();
// //--创建状态对象
// IdleState idleState = new IdleState();
// //--添加映射
// idleState.AddMap(TriggerID.NoHealth,StateID.Dead);
// //--加入状态机
// states.Add(idleState);
// DeadState deadState = new DeadState();
// states.Add(deadState);
}
//每帧处理的逻辑
public virtual void Update()
{
//判断当前状态条件
currentState.Reason(this);
//执行当前状态逻辑
currentState.ActionState(this);
}
public void ChangeActiveState(StateID stateID)//切换状态
{
//离开上一个状态
currentState.ExitState(this);
//切换状态
currentState = stateID == StateID.Default?defaultState:states.Find(s => s.stateID == stateID);
//进入下一个状态
currentState.EnterState(this);
}
}