简述游戏开发中的状态机

为什么我们需要状态机

实行较多状态的角色，把动作全写在一个部分中会导致维护成本高，拓展性低
例如：走路，跳跃，射击，躲避的相互转换，有些可以转换，有些不能，实现逻辑复杂
（满屏幕都是if - else）

状态模式switch实现

//包含着所有的状态
enum class State{StateA, StateB, StateC, ...} activeState;
...
//通过switch语句切换状态，根据具体情况实现细节
switch (activeState)
{
    case State.StateA:
        ...
        break;
    case State.StateB:
        ...
        break;
    .......
}
...

状态机的原形，用一个枚举表示当前的状态，通过填充完善switch语句实现状态之间的切换，但是依然有维护成本高拓展低的缺点（虽然确实是比用if - else堆好）

Finite State Machine（FSN）有限状态机

最基本的状态机，一般来说其他状态机都是这种状态机的变体
对于状态机的理解，最好就是画个图（如图结构，方框是状态，箭头是状态之间的联系）

有限状态机强调的是状态之间的切换，以及对不同状态的封装，所以实现方法一般可以根据需求调整
以下参考了《游戏人工智能》的实现
首先需要个基类State和基类Translation

//状态基类，所有状态都继承这个类
class State
{
public:
    virtual ~State(){}
    virtual OnStateEnter(){}    //进入此状态执行一次
    virtual OnUpdate(){}        //每一帧执行一次
    virtual OnStateExit(){}     //跳出状态时调用一次
    list<Translation> translations; //状态迁移列表
};

//状态迁移
class Translation
{
public:
    virtual ~Translation(){}
    virtual bool isValid() = 0;         //用于判定迁移，可切换返回true
    virtual State* getNextState() = 0;  //进入下一个状态
    virtual void onTransition(){}       //迁移时调用
};

State是每一个状态都会继承的基类，translations中存着他指向其他状态的Translation，通过每一帧遍历所有Translation的isValid()来判定是否可以跳转，若可以跳转则执行自身的OnStateExit()，并将当前的状态设置为getNextState()获得的状态

然后还有状态机类，用来管理所有状态：

//状态机类
class FiniteStateMachine
{
public:
    void Update();          //每一帧运行一次
    State* initialState;    //初始状态
    State* activeState;     //正在运行的状态
    
protected:
    list<State> states;     //所有状态的实例
};

void FiniteStateMachine::Update()
{
    //遍历活动状态的所有迁移，若有可用的，则切换状态
    list<Translation>::iterator itr = activeState->translations.begin();
    for (int i = 0; i < activeState->translations.size(); ++i, ++itr)
    {
        if (itr->isValid())
        {
            activeState->OnStateExit();     //退出调用
            activeState = itr->getNextState();  //切换活动状态
            itr->onTransition();                //切换调用
            activeState->OnStateEnter();    //进入调用
            return;                 //直接返回
        }
    }
    //如果没有状态切换，运行一次update
    activeState->OnUpdate();
}

接下来具体的状态细节就要具体继承，具体实现

Hierarchical Finite State Machine (HFSM) 分层状态机

分层状态机相当于对有限状态机的进一步封装，将复数个状态封装成一个大的状态，再用一个“历史状态”记录切出此状态时运行的子状态，就可以在大状态间切换（结构如图）

图中将StateA和StateB加入到一个更高层的状态StateD中，只需退出时记录状态，就可以在CD状态间切换，增加了状态C的复用性（省略了AC，BC间的联系）
主要思想一是包装更高的层次，二是高层的切换放到更高层来觉得以提高复用
分层状态机的实现主要分两种：
一、父状态就是一个状态机，可以往里面添加状态
二、添加一个状态栈储存父子状态，每一个状态都是栈下一个状态的子状态，进入状态时入栈，结束状态时出栈并发送一个消息，新栈顶状态不能处理就再出栈，直到栈顶状态能处理这个消息为止。

并发状态机

并发状态机可以理解为一个对象拥有两个同时运作的状态机，两个状态机相互独立（但可以通过修改对象的状态进行通信），例如我们可以将腿部动作（站立，下蹲，奔跑）和手部动作（持枪，空手，瞄准）分离。

下推状态机

下推状态机的核心是他有一个状态栈（但和层次状态机实现的栈完全不同，层次状态机的栈是为了记录父状态，这个栈是为了纪录上一个状态）。
状态栈主要解决的是状态机无法得到上一轮执行的状态。
实现时，在状态机中加一个栈，在进入状态时将状态入栈，退出状态时将状态出栈，运行时则运行栈顶的状态。
例如，我在做作业的时候饿了，想去吃东西。饿了去吃东西是多数状态都能进入的状态，并且结束“吃东西”的状态后我要回复原来的状态。

在运行时，状态机已经将“做作业“入栈
然后“我饿了”，将“吃东西”入栈
“吃东西”结束，将“吃东西”出栈
继续运行栈顶的“做作业”（事实上不可能）

若有错误，欢迎指出