状态机的概念是什么

关于状态机的一个极度确切的描述是它是一个有向图形,由一组节点和一组相应的转移函数组成。状态机通过响应一系列事件而“运行”。每个事件都在属于“当前” 节点的转移函数的控制范围内,其中函数的范围是节点的一个子集。函数返回“下一个”(也许是同一个)节点。这些节点中至少有一个必须是终态。当到达终态, 状态机停止。
  包含一组状态集(states)、一个起始状态(start state)、一组输入符号集(alphabet)、一个映射输入符号和当前状态到下一状态的转换函数(transition function)的计算模型。当输入符号串,模型随即进入起始状态。它要改变到新的状态,依赖于转换函数。在有限状态机中,会有有许多变量,例如,状态 机有很多与动作(actions)转换(Mealy机)或状态(摩尔机)关联的动作,多重起始状态,基于没有输入符号的转换,或者指定符号和状态(非定有 限状态机)的多个转换,指派给接收状态(识别者)的一个或多个状态,等等。
  传统应用程序的控制流程基本是顺序的:遵循事先设定的逻辑,从头到尾地执行。很少有事件能改变标准执行流程;而且这些事件主要涉及异常情况。“命令行实用程序”是这种传统应用程序的典型例子。
  另一类应用程序由外部发生的事件来驱动——换言之,事件在应用程序之外生成,无法由应用程序或程序员来控制。具体需要执行的代码取决于接收到的事件,或者它 相对于其他事件的抵达时间。所以,控制流程既不能是顺序的,也不能是事先设定好的,因为它要依赖于外部事件。事件驱动的GUI应用程序是这种应用程序的典 型例子,它们由命令和选择(也就是用户造成的事件)来驱动。
  Web应用程序由提交的表单和用户请求的网页来驱动,它们也可划归到上述类 别。但是,GUI应用程序对于接收到的事件仍有一定程度的控制,因为这些事件要依赖于向用户显示的窗口和控件,而窗口和控件是由程序员控制的。Web应用 程序则不然,因为一旦用户采取不在预料之中的操作(比如使用浏览器的历史记录、手工输入链接以及模拟一次表单提交等等),就很容易打乱设计好的应用程序逻辑。
  显然,必须采取不同的技术来处理这些情况。它能处理任何顺序的事件,并能提供有意义的响应——即使这些事件发生的顺序和预计的不同。有限状态机正是为了满足这方面的要求而设计的。
  有限状态机是一种概念性机器,它能采取某种操作来响应一个外部事件。具体采取的操作不仅能取决于接收到的事件,还能取决于各个事件的相对发生顺序。之所以能 做到这一点,是因为机器能跟踪一个内部状态,它会在收到事件后进行更新。为一个事件而响应的行动不仅取决于事件本身,还取决于机器的内部状态。另外,采取 的行动还会决定并更新机器的状态。这样一来,任何逻辑都可建模成一系列事件/状态组合。

### Unity 中状态机的概念 在Unity开发中,状态机主要用于管理和响应不同状态下对象的行为变化。通常涉及的是有限状态机(FSM),它由一组预定义的状态以及这些状态间的转换规则组成[^1]。 #### 有限状态机的特点 - **离散数量的状态**:每个时刻只处于其中一个状态。 - **明确定义的转移路径**:从一个状态转移到另一个特定状态需满足一定条件。 - **初始状态和终止状态**:存在至少一个起点和终点(可选)。 对于初学者而言,最直观的例子可能是Unity内置的动画状态机,允许开发者通过可视化界面配置各种动作序列及其触发条件[^2]。 ### 实现方式 #### 方法一:基于脚本的状态模式(State Pattern) 此方法利用面向对象编程原则中的多态特性,在C#代码层面构建灵活的状态管理系统: ```csharp public abstract class State { public virtual void Enter() {} public virtual void Execute() {} public virtual void Exit() {} } // 定义具体状态类 public class IdleState : State { ... } public class WalkState : State { ... } // 游戏对象持有当前状态实例 public class CharacterController : MonoBehaviour { private State currentState; void Update(){ currentState.Execute(); } public void ChangeState(State newState){ if(currentState != null) currentState.Exit(); currentState = newState; currentState.Enter(); } } ``` 这种方法给予程序员极大的灵活性,适合处理复杂的业务逻辑或自定义需求较高的场景。 #### 方法二:使用Animator Controller 这是更为简便的方式之一,尤其适用于管理角色动画。借助于Unity编辑器内的图形化工具,能够快速搭建起一套完整的状态流转体系,并可通过设置参数、检测碰撞等多种手段实现自动化控制。 ![Animator](https://docs.unity3d.com/Manual/images/UIElements/AnimationWindowStateMachine.png "Animator") ### 层次结构扩展——层次状态机(Hierarchical FSM, HFSM) 除了上述基本形式外,《游戏编程模式》书中还介绍了更高级别的层次状态机构造思路。在这种模型下,各个子状态被组织成树形架构,从而简化大型系统的维护工作量;同时引入了父子关系概念,使得某些全局操作可以在更高层面上统一处理而不必重复编码[^3]。 例如,可以通过状态栈机制进一步增强这种分层能力,让程序能够在必要时保存当前上下文并跳转至新的分支节点继续运行,待完成后再恢复原状退出返回上级菜单[^4]。
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