[转]有限状态机FSM(finite state machine) 一

有限状态机FSM(finite state machine) 一

有限状态机又称有限自动状态机，它拥有有限数量的状态，每个状态代表不同的意义，每个状态可以切换到 零-多 个状态。任意时刻状态机有且只能处在一个状态。
有限状态机可以表示为一个有向图。
如下图

从图中可以看出一个学生包含四个状态：吃饭、休息、打篮球、写作业
每种带有箭头的连线，表示可以从当前状态切换到其他的状态，以及切换的条件

	吃饭	休息	打篮球	写作业
吃饭		吃饱了
休息	饿了		想打球	该写作业
打篮球	饿了	累了		该写作业
写作业		累了	作业写完了

表格中左侧第一列为当前状态
表格中上方第一行为切换的下一个状态
表格中每行从左到右为状态切换的条件(状态A不能切换到状态A)
如下
吃饭->休息：条件 (吃饱了)
休息->吃饭：条件 (饿了)
休息->打篮球：条件 (想打球)
休息->写作业：条件(该写作业)

几个重要概念
状态(State)：当前所处的状态，在当前状态下可以有不同的行为和属性
转移(Transition)：状态变更，满足条件是从一个状态转移到另一个状态
动作(Action)：表示在给定时刻进行的活动
事件/条件(Event、Condition)：触发一个事件、当一个条件满足触发状态转移切换到另一个状态

当状态很少时，可以使用 if else 各种嵌套判断来实现逻辑但是当状态不断增加时，代码的可读性以及可拓展性将会是非常严峻的问题，并且当状态不断增加时，常常需要修改之前的各种判断条件，随着状态增加，代码复杂度将难以预测，bug率将不断上升，最终可能导致代码不可读、无法改。

那么状态机是如何实现如上图几种状态之间的逻辑
首先我们需要定义各种状态
每个状态需要三个接口

    // 进入该状态
    void OnEnter();

    // 执行该状态的行为
    void OnExecute();

    // 退出该状态
    void OnExit();

1.当切换到状态 A 时先执行 A.OnEnter 方法，说明开始执行状态A 了，可以在 OnEnter 方法里做一些初始化，
2.然后接下来每帧将会调用 A.OnExecute 方法，不断执行在状态 A下的逻辑
3.当从状态A切换到其他状态时，要先执行 A.OnExit 方法，表名要退出状态A了，在这里处理一些状态 A 的收尾工作。比如从写作业 转换到打篮球，在写作业.OnExit() 中：将作业本放入书包，铅笔收入文具盒等等

我们可以定义(interface)接口或者(abstract class)抽象类，这里我采用定义一个抽象类基类

public abstract class StateBase
{
    // 当前类型
    protected StateEnum _state;
    // 状态转换事件，要转换状态的通知
    protected Action<StateEnum> _transitionEvent;
    public StateBase()  { }

    // 进入该状态
    public abstract void OnEnter();

    // 执行该状态的行为
    public abstract void OnExecute();

    // 退出该状态
    public abstract void OnExit();

    //返回当前类型
    public StateEnum State
    {
        get { return _state; }
    }

    public void SetTransitionEvent(Action<StateEnum> transitionEvent)
    {
        _transitionEvent = transitionEvent;
    }
}

定义一个区分不同状态的枚举

public enum StateEnum
{
    EAT = 0,        // 吃饭

    RESET = 1,      // 休息

    BASKETBALL = 2, // 休息

    HOMEWORK = 3,   // 写作业
}

我们还需要一个状态管理类 StateMachine，需要使用的方法如下
1.保存我们所有的状态
2.转换状态的接口
3.获取当前状态的接口
4.执行当前状态的接口

public class StateMachine
{
    // 保存所有的状态
    private Dictionary<StateEnum, StateBase> _stateDic = new Dictionary<StateEnum, StateBase>();
    // 记录当前状态
    private StateBase _currentState;

    public StateMachine()
    {
        // 初始化状态、并存储
        _stateDic[StateEnum.EAT] = new StateEat();
        _stateDic[StateEnum.RESET] = new StateReset();
        _stateDic[StateEnum.BASKETBALL] = new StateBasketball();
        _stateDic[StateEnum.HOMEWORK] = new StateHomeWork();

        foreach(var kv in _stateDic)
        {
            // 给所有状态设置状态转换的回调方法
            kv.Value.SetTransitionEvent(TransitionState);
        }
    }

    // 获取当前状态
    public StateBase CurrentState
    {
        get { return _currentState; }
        private set { _currentState = value; }
    }

    // 状态转换方法
    public void TransitionState(StateEnum stateEnum)
    {
        // 如果当前状态不为空，先退出当前状态
        if (null != CurrentState)
        {
            CurrentState.OnExit();
        }

        // 令当前状态等于转换的新状态
        CurrentState = _stateDic[stateEnum];
        // 转换的新状态执行 进入方法
        CurrentState.OnEnter();
    }

    // 每帧执行的方法
    public void OnExecute()
    {
        if (null != CurrentState)
        {
            CurrentState.OnExecute();
        }
    }
}

分别定义各个状态

吃饭状态

public class StateEat : StateBase
{
    public StateEat()
    {
        _state = StateEnum.EAT;
    }

    public override void OnEnter()
    {
        Debug.Log("开始吃饭啦");
    }

    public override void OnExecute()
    {
        Debug.Log("吃饭中");
        // 如果吃饱了，转换到休息状态
        if(吃饱了)
        {
            _transitionEvent(StateEnum.RESET);
        }
    }

    public override void OnExit()
    {
        Debug.Log("吃的好饱啊，不吃了");
        Debug.Log("刷碗、刷锅");
        Debug.Log("擦桌子");
        Debug.Log("打扫厨房");
    }
}

休息状态

public class StateReset : StateBase
{
    public StateReset()
    {
        _state = StateEnum.RESET;
    }

    public override void OnEnter()
    {
        Debug.Log("我要开始休息了");
    }

    public override void OnExecute()
    {
        // 如果饿了，转换到吃饭状态
        if (饿了)
        {
            _transitionEvent(StateEnum.EAT);
        }
        else if (想打球) // 如果想打球了，切换到打球状态
        {
            _transitionEvent(StateEnum.BASKETBALL);
        }
        else if (该写作业了) // 如果该写作业了，切换到写作业状态
        {
            _transitionEvent(StateEnum.HOMEWORK);
        }
        else
        {
            Debug.Log("休息中");
        }
    }

    public override void OnExit()
    {
        Debug.Log("美美的睡了一觉，好精神");
        Debug.Log("叠被子");
        Debug.Log("收拾房间");
    }
}

写作业状态

public class StateHomeWork : StateBase
{
    public StateHomeWork()
    {
        _state = StateEnum.HOMEWORK;
    }

    public override void OnEnter()
    {
        Debug.Log("开始写作业啦");
    }

    public override void OnExecute()
    {
        // 写作业累了，切换到休息状态
        if (累了)
        {
            _transitionEvent(StateEnum.RESET);
        }
        // 想打球了，切换到打球状态
        else if (想打球了)
        {
            _transitionEvent(StateEnum.BASKETBALL);
        }
        else
        {
            Debug.Log("我在写作业");
        }
    }

    public override void OnExit()
    {
        Debug.Log("停止写作业");
        Debug.Log("作业本收起来");
    }
}

打篮球状态

public class StateBasketball : StateBase
{
    public StateBasketball()
    {
        _state = StateEnum.BASKETBALL;
    }

    public override void OnEnter()
    {
        Debug.Log("开始打篮球啦，好高兴啊");
    }

    public override void OnExecute()
    {
        // 如果饿了
        if (饿了)
        {
            _transitionEvent(StateEnum.EAT);
        }
        else if (累了) //如果累了，切换到休息状态
        {
            _transitionEvent(StateEnum.RESET);
        }
        else if (该写作业了) //如果该写作业了，切换到写作业状态
        {
            _transitionEvent(StateEnum.HOMEWORK);
        }
        else
        {
            Debug.Log("打篮球");
        }
    }

    public override void OnExit()
    {
        Debug.Log("停止打篮球");
    }
}

通过上面代码我们已经能够看到有限状态机的好处了，它将我们的各个状态分散到了不同的类中，这样我们在每个状态中只需要关心自己的逻辑(高内聚)，减少了不同状态之间的耦合(低耦合)，以及达到某一条件时需要切换到的状态，减少了很多 if else 的判断，提高的代码的可读性和扩展性。

上边代码是有限状态机的大概框架，部分地方使用伪代码，意在说明状态机的形式和大概样子，并不能完整运行，读者应该能发现代码中少了一个重要组成部分 Player，即我们判断的字段中 想打篮球、累了、该写作业了、吃饱了 这些都应该是我们的 Player 拥有的字段，并且在各个状态的 OnExecute 需要补齐逻辑，比如 吃饭状态的 OnExecute 需要每帧不断的去改变吃饭的量，来确定 Player 是否吃饱了。

本篇中还是有一部分使用了 if else

if (饿了)
{
     _transitionEvent(StateEnum.EAT);
}

这样的硬编码条件，灵活性不高，我们可以通过一些修改，让我们的有限状态机变得灵活可配置，本片就不再讲解，后续将补上，如有讲解不对的地方，请 留言，谢谢

转自https://blog.csdn.net/LIQIANGEASTSUN/article/details/118932263?spm=1001.2101.3001.6650.20&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7ERate-20-118932263-blog-78070440.pc_relevant_3mothn_strategy_recovery&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7ERate-20-118932263-blog-78070440.pc_relevant_3mothn_strategy_recovery&utm_relevant_index=27