《游戏编程模式》学习笔记（七）状态模式 State Pattern

状态模式的定义

允许对象在当内部状态改变时改变其行为，就好像此对象改变了自己的类一样。

举个例子

在书的示例里要求你写一个人物控制器，实现跳跃功能
直觉上来说，我们代码会这么写：

void Heroine::handleInput(Input input)
{if (input == PRESS_B){yVelocity_ = JUMP_VELOCITY;setGraphics(IMAGE_JUMP);}
}
可是这么写不对，因为人物本身应该只能跳一次，这样写的话人物就可以无限按B实现跳跃了。我们加一个bool变量来限制跳跃的情况。
void Heroine::handleInput(Input input)
{if (input == PRESS_B){if (!isJumping_){isJumping_ = true;// 跳跃……}}
}

好的，现在还要加一个趴下的功能，松开按键还得能站起来。如果我们这么加代码：

void Heroine::handleInput(Input input)
{if (input == PRESS_B){// 如果没在跳跃，就跳起来……}else if (input == PRESS_DOWN){if (!isJumping_){setGraphics(IMAGE_DUCK);}}else if (input == RELEASE_DOWN){setGraphics(IMAGE_STAND);}
}

实际上就会出bug，如果玩家在趴下的状态下按了B跳起，此时再松开趴下键，人物就会在空中变成站立的姿势。那么为了防止这种情况的发生，我们又加了一个bool变量来标识趴下的情况：

void Heroine::handleInput(Input input)
{if (input == PRESS_B){if (!isJumping_ && !isDucking_){// 跳跃……}}else if (input == PRESS_DOWN){if (!isJumping_){isDucking_ = true;setGraphics(IMAGE_DUCK);}}else if (input == RELEASE_DOWN){if (isDucking_){isDucking_ = false;setGraphics(IMAGE_STAND);}}
}

这段代码已经很臃肿了，如果我们还想让人物实现移动，是不是又得加个标志位？再进一步，人物如果要实现攻击呢？代码就会越来越复杂……
这个时候我们就需要FSM来救场了。
（这里说的FSM和状态模式是同一个东西，下同）
FSM的要点：

顺着这个思路，这里列出一个最简单的FSM，我们先用枚举定义状态：

enum State
{STATE_STANDING,STATE_JUMPING,STATE_DUCKING,STATE_DIVING
};

在之前的代码中，我们先判断输入，再根据状态的不同做判断。但是在这里，我们让处理状态的代码聚在一起，所以先对状态做分支。这样的话：

void Heroine::handleInput(Input input)
{switch (state_){case STATE_STANDING:if (input == PRESS_B){state_ = STATE_JUMPING;yVelocity_ = JUMP_VELOCITY;setGraphics(IMAGE_JUMP);}else if (input == PRESS_DOWN){state_ = STATE_DUCKING;setGraphics(IMAGE_DUCK);}break;case STATE_JUMPING:if (input == PRESS_DOWN){state_ = STATE_DIVING;setGraphics(IMAGE_DIVE);}break;case STATE_DUCKING:if (input == RELEASE_DOWN){state_ = STATE_STANDING;setGraphics(IMAGE_STAND);}break;}
}

我们扔掉了烦人的标志位，简化了状态的变化，将其变成了字段，然后将处理所有状态的代码都聚集在了一起。这就是最简单的一种FSM。
现在让我们更进一步，看看对于复杂情况，我们要如何构建一个状态模式控制下的人物逻辑。
对于一些复杂的状态，我们有时候既要处理输入，又要处理时间。因为有些状态会根据按下时间的长短进行改变。
比如，现在趴下一定时间后会进行充能，充能后发动的攻击威力更大。
我们以此为目标，按照面向对象的逻辑，我们先写一个状态基类：

class HeroineState
{
public:virtual ~HeroineState() {}virtual void handleInput(Heroine& heroine, Input input) {}virtual void update(Heroine& heroine) {}
};

这里的handleInput()就是处理输入的接口，update()就是处理状态随着时间变化的接口。
我们再以此为基础，写趴下状态，将其单独变为一个类，并且继承这个基类：

class DuckingState : public HeroineState
{
public:DuckingState(): chargeTime_(0){}virtual void handleInput(Heroine& heroine, Input input) {if (input == RELEASE_DOWN){// 改回站立状态……heroine.setGraphics(IMAGE_STAND);}}virtual void update(Heroine& heroine) {chargeTime_++;if (chargeTime_ > MAX_CHARGE){heroine.superBomb();}}private:int chargeTime_;
};

这样，我们在人物Heroine的类中添加当前状态的指针，就可以让人物拥有趴下的状态了：

class Heroine
{
public:virtual void handleInput(Input input){state_->handleInput(*this, input);}virtual void update(){state_->update(*this);}private:HeroineState* state_;
};

要改变状态，只要让指针指向别的地方就OK了。
这就是一个面向对象式的，相对复杂的状态模式的实现方式。是不是还算很简单？

一些细节

如果状态中不存储数据，或者只有全程只有一个人物拥有这些状态，你可以直接静态声明这些状态，将其放在全局存储区内。但如果这些状态包含着数据，就像上边的例子中的chargeTime，你就需要考虑把这些状态实例化，以便管理。
有时候你需要对状态加入入口行为和出口行为来控制状态的转换。例如在每个状态的入口行为方法中改变人物的贴图等等。

原文： https://gpp.tkchu.me/state.html