遊戲狀態機的設計與實現

前言：
     遊戲編程中對狀態機的理解和應用，是體現程序員是否對遊戲編程入門的重要指標。本篇文章描述狀態機的原理，以及如何實現。並探討狀態機的擴展性和易用性。


什麼是狀態機：
     1、狀態機是通過狀態變量來描述不同狀態
     2、狀態機變量是互斥的
     3、狀態機的分割是狀態機好壞的標準

狀態機的好處：
     1、降低整個系統的複雜性
     2、容易擴展
     3、容易維護

如何實現狀態機：
     1、通過不同的狀態分割邏輯
     2、通過面向對象思想來擴展和分割邏輯

狀態機簡單類型：

1、定義狀態機類型

enum PlayerState{
    INVALID,
    STAND,
    MOVE,
    ATTACK,
    DIE
};

2、實現更新狀態，在不同的狀態執行不同的邏輯

void Player::Update(float ts){
    switch(user_state_){
        case STAND:
            Stand(ts);
            break;
        case MOVE:
            Move(ts);
            break;
        case ATTACK:
            Attack(ts);
            break;
        case DIE:
            Die();
            return;
        default:
            std::cout<<"error\n";

    }

    if(hp_ <= 0){
        SetState(DIE);
    }
}

3、切換狀態，在切換狀態的時候做一些事情

void Player::SetState(PlayerState state){
    if(state == user_state_){
        return;
    }
    switch(state){
        case STAND:
            std::cout << "----begin stand--------\n";
            break;
        case MOVE:
            std::cout << "----begin move--------\n";
            break;
        case ATTACK:
            std::cout << "----begin attack--------\n";
            break;
        case DIE:
            std::cout << "----begin die--------\n";
            break;
        default:
            std::cout <<"the state is error";
            break;
    }
    user_state_ = state;
}

     這種狀態機小而精悍，如果在一個對象中有很多標誌量來標記實例的狀態，這時候該考慮下通過這種小型的狀態機來實現了。但是這種狀態機如果狀態變量比較多，擴展性並不好。並且複雜性會隨着狀態機的增多，指數型增加。整個編譯單元的代碼量也會很大，對易讀性和維護性都是負面影響。

狀態機面向對象類型：
     面向對象類的狀態機是一種更容易擴展的新型狀態機，通過單間實現方式，使用更少的內存，先看下整個狀態機的uml設計圖。

  首先是通過接口定義通用狀態機接口，然後定義了單間的接口。這種方式統一讓所有的狀態實現三個函數，這三個函數分別對應切入狀態，在狀態中，退出狀態，需要執行的邏輯分別放在這三個函數裏執行，通過這樣的分割，狀態很容易擴展，也不會混亂。具體代碼實現，請看下面說面裏面github的地址。

     在StateManager是專門管理角色狀態的管理類，每個角色對象包含一個狀態機管理類。

總結：

     狀態機的模型是非常簡單，但並不是每個人都能設計好的狀態機。因爲好的狀態機不僅需要對程序的把握要比較到位，同時需要對整個業務的理解比較到位。好的狀態機使程序變的更加簡潔，易擴展，容易查找bug，還非常穩定。壞得狀態分割只會讓程序晦澀難懂。

說明：

1、通過兩個狀態機實現了兩個簡單的猜數打怪獸遊戲。

2、所有完整程序都可以到這個地址查看，下載，修改。

3、整個代碼都是通過C++ 完成的，編譯環境是osx 10.10 + LLVM 6.0 ， C++使用 -std=c++1y。程序寫了makefile，所以如果在其他平臺只需要簡單修改下makefile就可以快樂的玩耍了。

什麼是狀態機：
     1、狀態機是通過狀態變量來描述不同狀態
     2、狀態機變量是互斥的
     3、狀態機的分割是狀態機好壞的標準

狀態機的好處：
     1、降低整個系統的複雜性
     2、容易擴展
     3、容易維護

如何實現狀態機：
     1、通過不同的狀態分割邏輯
     2、通過面向對象思想來擴展和分割邏輯

狀態機簡單類型：

1、定義狀態機類型

enum PlayerState{
    INVALID,
    STAND,
    MOVE,
    ATTACK,
    DIE
};

2、實現更新狀態，在不同的狀態執行不同的邏輯

void Player::Update(float ts){
    switch(user_state_){
        case STAND:
            Stand(ts);
            break;
        case MOVE:
            Move(ts);
            break;
        case ATTACK:
            Attack(ts);
            break;
        case DIE:
            Die();
            return;
        default:
            std::cout<<"error\n";

    }

    if(hp_ <= 0){
        SetState(DIE);
    }
}

3、切換狀態，在切換狀態的時候做一些事情

void Player::SetState(PlayerState state){
    if(state == user_state_){
        return;
    }
    switch(state){
        case STAND:
            std::cout << "----begin stand--------\n";
            break;
        case MOVE:
            std::cout << "----begin move--------\n";
            break;
        case ATTACK:
            std::cout << "----begin attack--------\n";
            break;
        case DIE:
            std::cout << "----begin die--------\n";
            break;
        default:
            std::cout <<"the state is error";
            break;
    }
    user_state_ = state;
}

     這種狀態機小而精悍，如果在一個對象中有很多標誌量來標記實例的狀態，這時候該考慮下通過這種小型的狀態機來實現了。但是這種狀態機如果狀態變量比較多，擴展性並不好。並且複雜性會隨着狀態機的增多，指數型增加。整個編譯單元的代碼量也會很大，對易讀性和維護性都是負面影響。

狀態機面向對象類型：
     面向對象類的狀態機是一種更容易擴展的新型狀態機，通過單間實現方式，使用更少的內存，先看下整個狀態機的uml設計圖。

  首先是通過接口定義通用狀態機接口，然後定義了單間的接口。這種方式統一讓所有的狀態實現三個函數，這三個函數分別對應切入狀態，在狀態中，退出狀態，需要執行的邏輯分別放在這三個函數裏執行，通過這樣的分割，狀態很容易擴展，也不會混亂。具體代碼實現，請看下面說面裏面github的地址。

     在StateManager是專門管理角色狀態的管理類，每個角色對象包含一個狀態機管理類。

總結：

     狀態機的模型是非常簡單，但並不是每個人都能設計好的狀態機。因爲好的狀態機不僅需要對程序的把握要比較到位，同時需要對整個業務的理解比較到位。好的狀態機使程序變的更加簡潔，易擴展，容易查找bug，還非常穩定。壞得狀態分割只會讓程序晦澀難懂。

說明：

1、通過兩個狀態機實現了兩個簡單的猜數打怪獸遊戲。

2、所有完整程序都可以到這個地址查看，下載，修改。

3、整個代碼都是通過C++ 完成的，編譯環境是osx 10.10 + LLVM 6.0 ， C++使用 -std=c++1y。程序寫了makefile，所以如果在其他平臺只需要簡單修改下makefile就可以快樂的玩耍了。