[游戏开发]有限状态机FSM详解(1)——最简单的FSM

【基本概念】

有限状态机（finite-state machine，FSM)可以解决有限个状态转换的问题。具体的定义和相关的概念先不说，我们直接通过例子来理解。

我们知道一个角色通常会至少有idle，walk，jump，attack，dead这五种状态，我们在操作角色时角色会根据我们的操作转换为不同的状态，那么角色如何根据输入转换为相应的状态呢，这就是状态机的要解决的问题。

?【我们的需求】

按I键，角色变为Idle状态，播放相应动画

按W键，角色变为walk状态，播放相应动画，也即角色开始行走

按J键，角色变为jump状态，播放相应动画，也即角色跳起来

按A键，角色变为attack状态，播放相应动画，也即角色开始攻击

按D键，角色变为dead状态，播放相应动画，也即角色死亡

【最简单的状态机的实现A】

如果你之前没有接触过状态机的概念，那么先不考虑什么状态机，将需求在一个类中实现，你所写的这个类就可以算上是一个状态机。不出意外你实现的结果大致如下：

using UnityEngine;

public class SimpleFSM : MonoBehaviour
{
    public RoleState curState;

    void Start()
    {
        curState = RoleState.Idle;
    }

    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.J))//检查输入
        {
            curState = RoleState.Jump;//转换状态
            Debug.Log("播放跳跃动画");//输出
        }
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.A))
        {
            curState = RoleState.Attack;
            Debug.Log("播放攻击动画");
        }
        //其他的就不写了。。。
    }
}

public enum RoleState
{
    Idle,
    Walk,
    Jump,
    Attack,
    Dead,
}

状态机的核心在Update方法中，我们做了三个关键的事情：检查所有输入、转换状态、输出。

对于跳跃而言，if (Input.GetKeyDown(KeyCode.J))是在判断我们的输入是不是KeyCode.J，它实际上不是输入，它是状态转换的条件。实际上，在Update中没有输入，或者说输入被隐含了。

我们知道当角色死亡的时候，是不能攻击的。也即curState = RoleState.Dead时，按下了A键，不能攻击，为了实现这一点，我们需要加一个判断。例如，跳跃时攻击和行走时攻击是不一样的，也就是说即使跳跃和行走都能转换到攻击，我们仍需要知道上一个状态是什么来决定在攻击阶段怎么攻击。

 void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.J))//输入
        {
            curState = RoleState.Jump;//转换状态
            Debug.Log("播放跳跃动画");//输出
        }
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.A))
        {
            if (curState != RoleState.Dead)
            {
         
                if (curState == RoleState.Walk)
                {
                    Debug.Log("播放行走攻击动画");
                }
                if (curState == RoleState.Jump)
                {
                    Debug.Log("播放跳跃攻击动画");
                }
                curState = RoleState.Attack;
            }
        }
        
        //其他的就不写了。。。
    }

这说明状态之间有关联，要综合“输入”和“其他状态”来判断能否转换下一个状态。状态之间的关联导致状态转换的条件复杂，而在代码的Update中默认状态之间是独立的，可以随意从一个状态转换到另一个状态。

如果状态之间独立，那么我们不会选择用状态机来解决。状态机是用来解决状态之间相互关联的有限个状态之间转换的问题。

状态之间的关联导致状态转换条件复杂，反应在代码上就是你要写很多if else的判断。即使把这些判断写好了，如果要增加一个拾取的状态，要求攻击、死亡、跳跃时不能拾取，那么你要修改很多原来的if else判断。这就违背了开放封闭原则。

有什么办法可以简化Update中的状态转换条件的判断吗？

【状态转换条件判断从状态机内移除B】

using UnityEngine;

public class SimpleFSM : MonoBehaviour
{
    public RoleState curState;//状态机内的当前状态
    public RoleState lastState;//上一个状态

    void Start()
    {
        curState = RoleState.Idle;
    }

    void Update()
    {
        switch (curState)//输出
        {
            case RoleState.Jump: 
                Debug.Log("播放跳跃动画");
                break;//输出
            case RoleState.Attack:
                if (lastState == RoleState.Walk)
                {
                    Debug.Log("播放行走攻击动画");
                }
                if (lastState == RoleState.Jump)
                {
                    Debug.Log("播放跳跃攻击动画");
                }
                break;
        }
        //其他的就不写了。。。
    }

    public void ChangeState(RoleState state)//改变状态的方法，最好写方法，
                                           //不要直接在类的外部采用形如 SimpleFSM.curState = state 的方式修改
    {
        curState = state;
        lastState = curState;
    }
}

public enum RoleState
{
    Idle,
    Walk,
    Jump,
    Attack,
    Dead,
    PickUp,
}

这段代码将状态转换条件判断移出状态机，而某个状态内的输出仍留在状态机内，同时提供了一个更改当前状态的方法。

这样做的好处是，可以将状态转换的条件判断放在其他多个类当中进行，不用将所有状态的转换条件放在一个类（当前是SimpleFSM）中进行。

但这没有解决增加新的状态时要修改原有的状态转换条件判断的代码的问题。

解决这个问题，我们需要采用设计模式中的状态模式。