首先来看基本上所有的软件都是有限状态机(finite-state machine,FSM)。它是一个有向图,由一组节点和一组相应的转移函数组成。通俗点讲,它是一个事件驱动系统的模型,这个模型由有限数目的状态,若干输入和状态与状态之间转换的规则组成。在某一时刻,有一个或一组状态是FSM的当前状态,FSM接收输入事件并根据转换规则,将当前状态转为新的状态。正是由于这三个元素的组合,使得FSM具备了自己的行为特点。在游戏开发中,FSM被用来实现人工智能的决策过程,控制游戏对象的行为。

1、最简单的状态机

可能上面的解释还是有些抽象,绝大多数的文章会举用“门”或“锁”的例子来说明什么是状态机,我想还是举一个新鲜的例子吧:有一个叫做“猴子”的NPC,它会在指定的区域里行走,有时候停留,当行走到区域的边界所时,会自己转向(图1)。我们把状态机的转换规则函数列出表格(图2),并根据列出的规则写出是这个简单状态机的C++实现:

#ifndef MONKEY_H_
#define MONKEY_H_

#include

#include “cocos2d.h”

USING_NS_CC;

#define MAX_STOP_TIME 10
#define MAX_WALK_TIME 20

#define MAX_WALK_DIST 100

enum MonkeyState
{
stSTOP,
stWALK,
stTURN
};

class Monkey
: public Node
{
public:
Monkey()
{
log(“Monkey()”);
}

CREATE_FUNC(Monkey);

virtual bool init()
{
_curPos = 0;
_step = 1;

changeState(stSTOP);

this->scheduleUpdate();

return true;
}

void changeState(MonkeyState newState)
{
_curState = newState;
_curTime = time(0);
}

void stop()
{
cocos2d::log(“stop()”);
}

void walk()
{
_curPos += _step;
cocos2d::log(“walk(): pos=%d”, _curPos);
}

void turn()
{
_step *= -1;
cocos2d::log(“turn(): step=%d”, _step);
}

void update(float dt)
{
switch (_curState) {
case stSTOP:
if (isStopTimeout()) {
changeState(stWALK);
walk();
}
break;

case stWALK:
walk();

if (isWalkOutBorder()) {
changeState(stTURN);
turn();
} else if (isWalkTimeout()) {
changeState(stSTOP);
stop();
}
break;

case stTURN:
changeState(stWALK);
walk();
break;
}
}

private:
MonkeyState _curState;

time_t _curTime;

int _curPos;
int _step;

public:
bool isStopTimeout()
{
return (time(0) – _curTime > MAX_STOP_TIME);
}

bool isWalkTimeout()
{
return (time(0) – _curTime > MAX_WALK_TIME);
}

bool isWalkOutBorder()
{
return (_curPos > MAX_WALK_DIST || _curPos < -MAX_WALK_DIST);
}
};

#endif // MONKEY_H_


2、坏代码的味道

显然,如果继续将上面的代码写完整的话,它一定能很好的工作。但我似乎已经闻到了传说中“坏代码”的味道,上面长长的条件判断语句,会随着状态的增多变得更长。每增加一个状态,就需要在长长的条件判断语句中小心查找和修改。当这样的条件语句增长到需要多个人合作完成时,那当导致严重的维护与调试方面的问题。另外,对于编译型语言而言,一个具有N个状态的FSM要查找一个正确的状态,平均需要进行N/2次的判断。

在上面的状态机中,其实是让这个对象在不同的状态中表现出了不同的行为特征,那不同的行为特征之间除了有类似的形式化的接口之外,基本上没有任何的联系。那我们很自然地想到状态模式,利用状态模式维护状态,实现对象与维护状态的分离。