簡(jiǎn)述

有限狀態(tài)機(jī)（以下用FSM指代）是一種算法思想，簡(jiǎn)單而言，有限狀態(tài)機(jī)由一組狀態(tài)、一個(gè)初始狀態(tài)、輸入和根據(jù)輸入及現(xiàn)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)組成。在Gof的23種設(shè)計(jì)模式里的state模式是一種面向?qū)ο蟮臓顟B(tài)機(jī)思想，可以適應(yīng)非常復(fù)雜的狀態(tài)管理。

現(xiàn)在，FSM被普遍用于搜索引擎的分詞、編譯器實(shí)現(xiàn)和我們普遍關(guān)注的游戲開(kāi)發(fā)中。游戲開(kāi)發(fā)中，通常用FSM實(shí)現(xiàn)NPC控制，如當(dāng)NPC受到攻擊時(shí)根據(jù)健康、力量等選擇逃跑還是反攻的行為，一般是用FSM實(shí)現(xiàn)的。FSM的實(shí)現(xiàn)方法有很多種， 不能簡(jiǎn)單地說(shuō)孰優(yōu)孰劣，但現(xiàn)代開(kāi)發(fā)中，一般都比較推薦面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)方式：因?yàn)榭芍赜眯院徒研愿?，而且?dāng)需求變更的時(shí)候，也有很好的適應(yīng)性。

實(shí)踐

理論從實(shí)踐中來(lái)，也要回到實(shí)踐中去。我們現(xiàn)在通過(guò)實(shí)例來(lái)探索一下FSM的實(shí)現(xiàn)吧。首先 假設(shè)有這樣一個(gè)世界（World），世界里只有一臺(tái)永不缺乏動(dòng)力的汽車（Car），汽車是次世代的，沒(méi)有油門方向盤之類的落后設(shè)備，只有兩個(gè)互斥的按鈕 ——停止（Stop）和行進(jìn)（Run），隨著時(shí)間的流逝，汽車根據(jù)駕駛員的操作走走停停。下面的代碼可以實(shí)現(xiàn)這種功能：

完成了功能而且直觀、簡(jiǎn)潔的程序員萬(wàn)歲！但這時(shí)候客戶（策劃或者玩家）覺(jué)得走走停停太沒(méi)意思了，他們想要掉頭、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的功能，我們就要在 while循環(huán)里增加更多的if...else分支；他們想要更多的車，我們就要要在每一個(gè)分枝里增加循環(huán)；他們不僅僅想要Car了，他們還要要玩 Truck，這時(shí)我們就需要在分枝的循環(huán)里判斷當(dāng)前的車是否支持這個(gè)操作（如Truck的裝卸貨物Car就不支持）；他們……

這個(gè)while循環(huán)終于無(wú)限地龐大起來(lái)，我們認(rèn)識(shí)到這樣的設(shè)計(jì)的確是有點(diǎn)問(wèn)題的，所以我們嘗試用另一種方法去實(shí)現(xiàn)FSM。首先我們來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車（Car）：

只有兩個(gè)方法stop和go，分別執(zhí)行Stop和Run兩個(gè)按鈕功能。接下來(lái)我們編寫(xiě)兩個(gè)狀態(tài)管理的類，用以處理當(dāng)按鈕被按下、彈起和保持時(shí)需要工作的流程：

stop_fsm和run_fsm都繼承自base_fsm，base_fsm是一個(gè)純虛的接口類：

enter_state在obj進(jìn)入某狀態(tài)的時(shí)候調(diào)用——通常用來(lái)做一些初始化工作；exit_state也離開(kāi)某狀態(tài)的時(shí)候調(diào)用——通常做一 些清理工作；而exec_state則在每一幀的時(shí)候都會(huì)被調(diào)用，通常做一些必要的工作，如檢測(cè)自己的消息隊(duì)列并處理消息等。在stop_fsm和 run_fsm兩個(gè)類的exec_state函數(shù)中，就調(diào)用了對(duì)象的stop和go函數(shù)，讓汽車保持原有的狀態(tài)。

至現(xiàn)在為止，Car還沒(méi)有接觸到FSM，所以我們需要提供一個(gè)接口，可以讓它擁有一個(gè)FSM：

我們還需要為Car提供一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)：

為Car提供一個(gè)保持狀態(tài)的函數(shù)：

現(xiàn)在只有兩個(gè)狀態(tài)，但我們知道需求隨時(shí)會(huì)改動(dòng)，所以我們最好弄一個(gè)狀態(tài)機(jī)管理器來(lái)管理這些狀態(tài)：

fsm_mgr最重要的函數(shù)就是frame，在每一幀都被調(diào)用。在這里，frame根據(jù)對(duì)象現(xiàn)在的狀態(tài)和當(dāng)前的輸入決定讓對(duì)象保持狀態(tài)或者改變狀態(tài)。

這時(shí)候，我們的實(shí)例基本上完成了。但我們還要做一件事，就是建立一個(gè)世界（World）來(lái)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)機(jī)：

從代碼可見(jiàn)，World里有Car對(duì)象，fsm_mgr對(duì)象；在run函數(shù)里，每0.5s執(zhí)行一次__frame函數(shù)（FPS = 2），而__frame函數(shù)只是驅(qū)動(dòng)了fsm_mgr來(lái)刷新對(duì)象，新的命令是從state_factory函數(shù)里取出來(lái)的，這個(gè)函數(shù)用以模擬駕駛員的操作（按下Stop或者Run按鈕之一）：

現(xiàn)在我們就要初始化世界（World）可以跑起我們的FSM了！

用python解釋器執(zhí)行上面的代碼，我們可以看到程序不停地輸出Car的狀態(tài)：

結(jié)論

這時(shí)再回頭來(lái)看看我們之前的問(wèn)題：

1、玩家想要功能更多的Car，比如掉頭。

我們可以通過(guò)為Car增加一個(gè)調(diào)頭（back）的方法來(lái)執(zhí)行掉頭，然后從 base_fsm中繼承一個(gè)back_fsm來(lái)處理調(diào)頭。之后在fsm_mgr里增加一個(gè)back_fsm實(shí)例，及讓state_factory產(chǎn)生調(diào)頭 指令。聽(tīng)起來(lái)似乎比之前while+if的方式還要麻煩不少，其實(shí)不然，這里只有back_fsm和為fsm_mgr增加back_fsm實(shí)例才是特有 的，其它步驟兩種方法都要執(zhí)行。

2、玩家要更多的Car。

這對(duì)于面向?qū)ο蟮?span lang="EN-US">FSM實(shí)現(xiàn)就太簡(jiǎn)單了，我們只要把World.__init_car里的生產(chǎn)數(shù)量修改一下就行了，要多少有多少。

3、玩家要更多型號(hào)的車，如Truck。

從Car派生一個(gè)Truck，然后增加裝貨、卸貨的接口。最大的改動(dòng)在于Truck狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)候需要一些判斷，如不能直接從裝貨狀態(tài)轉(zhuǎn)換到開(kāi)動(dòng)狀態(tài)，而是裝貨、停止再開(kāi)動(dòng)。

通過(guò)這幾個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題分析，我們可以看到，使用面向?qū)ο蟮姆绞絹?lái)設(shè)計(jì)FSM，在需求變 更的時(shí)候，一般都只增刪代碼，而仍少需要改動(dòng)已有代碼，程序的擴(kuò)展性、適應(yīng)性和健壯性都得很大的提高；因此，在世界龐大、物種煩多、狀態(tài)復(fù)雜且條件交錯(cuò)的游戲開(kāi)發(fā)中應(yīng)用面向?qū)ο蟮?span lang="EN-US">FSM實(shí)在是明智之選。還有一點(diǎn)，面向?qū)ο蟮?span lang="EN-US">FSM可以非常容易地模擬消息機(jī)制，這有利于模塊清晰化，更容易設(shè)計(jì)出正交的程序。