Unity学习笔记（五）什么是状态机

前言

本文为 Udemy 课程 The Ultimate Guide to Creating an RPG Game in Unity 学习笔记。

前面开发模式的问题

之前的开发中，我们的代码都集中在 Player2 这个文件下，这种开发模式存在以下缺点：

代码在同一个文件中，代码量大后非常难以维护。
角色的行为逻辑直接在对应的方法中维护，后续新增功能会频繁修改这些方法，容易导致大量 Bug。

例如：

一开始实现的移动代码

private void Movement() {rb.velocity = new Vector2(xInput * moveSpeed, rb.velocity.y);
}

加入冲刺后

private void Movement() {xInput = Input.GetAxisRaw("Horizontal");if (dashTime > 0) {rb.velocity = new Vector2(facingDir * dashSpeed, 0);} else {rb.velocity = new Vector2(xInput * moveSpeed, rb.velocity.y);}
}

再加入攻击后

private void Movement() {xInput = Input.GetAxisRaw("Horizontal");if (isAttacking) {rb.velocity = new Vector2(0, 0);} else if (dashTime > 0) {rb.velocity = new Vector2(facingDir * dashSpeed, 0);} else {rb.velocity = new Vector2(xInput * moveSpeed, rb.velocity.y);}
}

每次新增功能，都需要修改 Movement() 方法，导致代码越来越臃肿，维护起来非常困难。

使用状态模式解决

为了避免上述问题，可以使用**状态模式（状态机）**来实现。

什么是状态模式（State Pattern）？

状态模式是一种面向对象的设计模式，其核心思想是：

当对象的内部状态改变时，其行为也随之改变。

通过将对象的行为和状态分离，每个状态封装为独立的类，从而实现状态切换的清晰性和易扩展性。

状态模式的结构

状态模式通常包括以下几个关键部分：

1. 上下文（Context）

表示当前工作的对象，包含当前状态的引用。
通过调用当前状态的方法完成具体的行为。

2. 状态接口（State）

定义接口或抽象类，用于表示所有可能的状态。
每个状态都实现该接口。

3. 具体状态（Concrete States）

实现状态接口的类，每个类表示一种特定状态并定义该状态的具体行为。

4. 状态切换

状态切换通过上下文类完成，可以由上下文主动切换，也可以由状态自身决定何时切换。

状态模式的示例代码

以下是使用状态模式模拟角色行为（站立、行走、跑步）的代码示例：

1. 定义状态接口

public interface IState {void EnterState(Player player);void UpdateState(Player player);
}

2. 定义具体状态

public class IdleState : IState {public void EnterState(Player player) {Debug.Log("进入站立状态");}public void UpdateState(Player player) {if (player.Speed > 0) {player.SetState(new WalkState());}}
}public class WalkState : IState {public void EnterState(Player player) {Debug.Log("进入行走状态");}public void UpdateState(Player player) {if (player.Speed == 0) {player.SetState(new IdleState());} else if (player.Speed > 5) {player.SetState(new RunState());}}
}public class RunState : IState {public void EnterState(Player player) {Debug.Log("进入跑步状态");}public void UpdateState(Player player) {if (player.Speed <= 5) {player.SetState(new WalkState());}}
}

3. 上下文类

public class Player {public float Speed { get; set; }private IState currentState;public Player() {currentState = new IdleState();currentState.EnterState(this);}public void SetState(IState newState) {currentState = newState;currentState.EnterState(this);}public void Update() {currentState.UpdateState(this);}
}

运行流程

Player 是上下文类，包含当前状态的引用 currentState。
IdleState、WalkState、RunState 是具体状态，实现了 IState 接口。
根据 Speed 值切换状态：
- Speed == 0：切换到 IdleState。
- 0 < Speed <= 5：切换到 WalkState。
- Speed > 5：切换到 RunState。

Unity 中的状态机

Unity Animator 中的状态机

Animator 状态机 是 Unity 提供的用于动画控制的可视化工具。其核心包括：

状态（State）
- 每个状态代表一种动画或行为。
- 例如：
  - Idle：站立状态。
  - Walk：行走状态。
  - Run：跑步状态。
过渡（Transition）
- 状态之间通过过渡连接，过渡规则决定状态切换条件。
参数（Parameters）
- 用于控制状态切换的输入值，如：
  - Float（如 speed）。
  - Bool（如 isJumping）。
  - Trigger（如 jumpTrigger）。

Animator 的使用步骤

创建 Animator Controller
- 在 Unity 中右键 -> Create -> Animator Controller。
- 将 Animator Controller 添加到角色的 Animator 组件中。
创建动画状态
- 双击 Animator Controller 打开 Animator 窗口。
- 右键 -> Create State -> 添加动画状态，将动画片段拖入状态。
设置参数
- 在 Animator 的 Parameters 面板中，添加所需的参数（Float、Bool、Trigger 等）。
添加过渡
- 在状态之间右键 -> Make Transition，设置条件。

通过代码控制

Animator animator;void Start() {animator = GetComponent<Animator>();
}void Update() {animator.SetFloat("speed", Input.GetAxis("Vertical"));if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space)) {animator.SetBool("isJumping", true);}if (Input.GetMouseButtonDown(0)) {animator.SetTrigger("attackTrigger");}
}

状态模式与Unity中的状态机的关系

Unity中的状态机（如Animator状态机）并非严格的状态模式实现，但它是状态模式的一种具体应用。以下是两者的异同点：

特性	状态模式（State Pattern）	Unity Animator 状态机
状态实现	通过代码实现，每个状态是一个独立的类	通过可视化界面实现，每个状态对应一个动画片段
状态切换	显式调用代码切换状态	基于参数和条件，Animator自动完成状态切换
扩展性	添加新状态需要定义新的类，代码管理灵活	新状态需要通过界面添加，逻辑复杂时可能难以维护
复杂逻辑	适合处理复杂的状态切换和行为定义	主要用于控制动画状态，逻辑层次较浅
行为与状态绑定	每个状态都可以实现独特的行为	状态通常只是动画播放，不直接控制行为