引言：近日忙於畢業論文，今天看到漲了3個粉絲，不甚驚喜。遂今日更新FSM有限狀態機學習，希望大家共同進步！

開發版本：Unity 2017.1.1f1、VS 2017

適合人群：初學Unity者

一.有限狀態機定義

有限狀態機(英文:Finite State Machine,簡稱FSM)，是指在不同階段呈現不同的執行狀態的系統，這些狀態是有限的，不重疊的。這樣的系統在某一時刻一定會處於其中所有狀態中的一個狀態，此時它接收一部分的輸入，產生相應的響應，並且遷移到可能的狀態。

    一般有限狀態機有一下幾種型別的動作：
    1.進入動作：進入當前狀態時執行

    2.退出動作：退出當前狀態時執行

    3.輸入動作：在當前狀態時執行
    4.轉移動作：在進行特定切換狀態時執行

    有限狀態機提供了描述和控制應用邏輯的強大方法，可以應用於控制NPC行為，圖形介面管理等方面。FSM可以使得各個狀態之間相互獨立，互不影響，避免了狀態與狀態之間的耦合度，具有規則簡單，可讀性和可驗證性等優點。

二.整理思路

簡單的有限狀態機就是switch語句，但如果狀態過多的情況下，switch會使得程式碼顯得臃腫，可擴充套件性很低。

假設敵人有四種狀態，Idle、Patrol、Chase、Attack，switch實現方法如下：

public enum States
{
    Idle,//空閒狀態
    Patrol,//巡邏狀態
    Chase,//追逐狀態
    Attack//攻擊狀態
}

public class SimpleFSM : MonoBehaviour
{
    private States currentState = States.Idle;

    private void Update()
    {
        switch (currentState)
        {
            case States.Idle:
                //TODO 空閒狀態動作
                break;
            case States.Patrol:
                //TODO 巡邏狀態動作
                break;
            case States.Chase:
                //TODO 追逐狀態動作
                break;
            case States.Attack:
                //TODO 攻擊狀態動作
                break;
        }
    }
}
 

接下來整理“高階的”有限狀態機實現方法，FSM由狀態類和管理類組成，先建立一個狀態基類FSMState，用於實現狀態類的基本方法，每新增一種狀態，就作為它的子類。然後，用一個管理類FSMSystem把所有狀態管理起來，方便使用狀態機。FSM類圖如下所示：

三.實現程式碼

1.定義列舉型別

public enum StateID
{
    NullStateID,
}

public enum Transition
{
    NullTransition
}

定義每一種狀態的ID和狀態之間的轉換條件

2.FSMState基類

public abstract class FSMState
{
    protected StateID stateID;
    public StateID ID { get { return this.stateID; } }
    protected Dictionary<Transition, StateID> map = new Dictionary<Transition, StateID>();
    protected FSMSystem fsm;

    public FSMState(FSMSystem fsm)
    {
        this.fsm = fsm;
    }

    /// <summary>
    /// 新增轉換條件
    /// </summary>
    /// <param name="trans">轉換條件</param>
    /// <param name="stateID">轉換的目標狀態</param>
    public void AddTransition(Transition trans, StateID stateID)
    {
        if (trans == Transition.NullTransition)
        {
            Debug.LogError(trans + "為空，轉換條件不允許為空");return;
        }
        if (stateID == StateID.NullStateID)
        {
            Debug.LogError(stateID + "為空，狀態ID不允許為空"); return;
        }
        if (map.ContainsKey(trans))
        {
            Debug.LogError(trans + "已經存在，請檢視該轉換條件是否正確");
        }
        else
        {
            map.Add(trans, stateID);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 刪除轉換條件
    /// </summary>
    /// <param name="trans">需刪除的轉換條件</param>
    public void DeleteTransition(Transition trans)
    {
        if (trans == Transition.NullTransition)
        {
            Debug.LogError(trans + "為空，轉換條件不允許為空"); return;
        }
        if (map.ContainsKey(trans) == false)
        {
            Debug.LogError(trans + "不存在，請檢視該轉換條件是否正確"); 
        }
        else
        {
            map.Remove(trans);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 通過轉換條件，得到目標狀態
    /// </summary>
    /// <param name="trans">轉換條件</param>
    /// <returns>返回目標狀態</returns>
    public StateID GetTargetStateID(Transition trans)  
    {
        if (map.ContainsKey(trans) == false)
        {
            Debug.LogError(trans + "不存在，請檢視該轉換條件是否正確");
            return StateID.NullStateID;
        }
        else
        {
            return map[trans];
        }
    }

    public virtual void DoBeforeEntering() { }//進入動作
    public virtual void DoAfterLeaving() { }//離開動作
    public abstract void Act();//輸入動作
    public abstract void Reason();//轉移動作
}
 

狀態類主要儲存轉換條件和轉換狀態的字典，可以新增刪除轉換條件，根據條件返回對應的狀態，並定義狀態類的四種動作。

3.FSMSystem管理類

public class FSMSystem
{
    private Dictionary<StateID, FSMState> states = new Dictionary<StateID, FSMState>();
    private FSMState currentState;

    /// <summary>
    /// 更新當前狀態行為
    /// </summary>
    public void UpdateFSM()
    {
        currentState.Act();
        currentState.Reason();
    }

    /// <summary>
    /// 新增狀態
    /// </summary>
    /// <param name="state">需管理的狀態</param>
    public void AddState(FSMState state)
    {
        if (state == null)
        {
            Debug.LogError(state + "為空"); return;
        }
        if (currentState == null)
        {
            currentState = state;
        }
        if (states.ContainsValue(state))
        {
            Debug.LogError(state + "已經存在");
        }
        else
        {
            states.Add(state.ID, state);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 刪除狀態
    /// </summary>
    /// <param name="id">需要刪除狀態的ID</param>
    /// /// <returns>刪除成功返回true,否則返回false</returns>
    public bool DeleteState(StateID id)
    {
        if (id == StateID.NullStateID)
        {
            Debug.LogError(id + "為空");
            return false;
        }
        if (states.ContainsKey(id) == false)
        {
            Debug.LogError(id + "不存在");
            return false;
        }
        else
        {
            states.Remove(id);
            return true;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 執行轉換
    /// </summary>
    /// <param name="trans">轉換條件</param>
    public void PerformTransition(Transition trans)
    {
        if (trans == Transition.NullTransition)
        {
            Debug.LogError(trans + "為空");return;
        }
        StateID targetID = currentState.GetTargetStateID(trans);
        if (states.ContainsKey(targetID) == false)
        {
            Debug.LogError(targetID + "不存在");return;
        }
        FSMState targetState = states[targetID];
        currentState.DoAfterLeaving();
        targetState.DoBeforeEntering();
        currentState = targetState;
    }
}

FSMSystem用來管理各個狀態，字典儲存ID和對應的狀態，可以新增刪除狀態，並執行狀態轉換。

四.案例講解

假設敵人按照路線巡邏，當發現玩家的時候，開始追逐。但玩家跑出追擊範圍的時候，敵人繼續回去巡邏。

專案的原始檔在文末，有需要的童鞋可以自行下載。

敵人巡邏效果如下：

敵人發現玩家開始追逐，當玩家逃離後，返回繼續巡邏，效果如下：

分析此時敵人狀態有兩種，巡邏和追逐，轉換條件也對應有兩種

public enum StateID
{
    NullStateID,
    PatrolState,
    ChaseState
}

public enum Transition
{
    NullTransition,
    FindPlayer,
    LosePlayer
}

建立兩個子類PatrolState和ChaseState都繼承自FSMState，分別用來實現巡邏和追逐的狀態行為。

在Enemy類中，例項化FSMSystem物件，新增巡邏和追逐狀態，還有之間的轉換條件

public class Enemy : MonoBehaviour
{
    private FSMSystem fsm;

    private void Start()
    {
        fsm = new FSMSystem();
        FSMState patrolState = new PatrolState(fsm);
        FSMState chaseState = new ChaseState(fsm);
        fsm.AddState(patrolState);
        fsm.AddState(chaseState);
        patrolState.AddTransition(Transition.FindPlayer, StateID.ChaseState);
        chaseState.AddTransition(Transition.LosePlayer, StateID.PatrolState);
    }

    private void Update()
    {
        fsm.UpdateFSM();
    }
}

FSM有限狀態機除了實現敵人的行為外，還可以用來管理UI介面的切換，使用方式基本相似。如果大神發現我分享的學習記錄中有錯誤，還請不吝賜教。

案例百度雲連結：連結：https://pan.baidu.com/s/1XYhmn3i9kwskai8_MEtAvg 密碼：jchj

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