Unity学习笔记（六）使用状态机重构角色移动、跳跃、冲刺

前言

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

整体状态框架(简化)

• Player 是操作对象的类： 继承了 MonoBehaviour 用于定义游戏对象的行为，每个挂载在 Unity 游戏对象上的脚本都需要继承自 MonoBehaviour，才能利用 Unity 的生命周期事件和功能。
• PlayerState 是定义状态接口，这里定义了状态类的 Enter(进入)，Update(更新)，Exit(退出)
• PlayerStateMachine 是定义上下文类，它持有当前状态的引用，并合适的时机调用状态的行为ChangeState。
• 具体的状态
  • PlayerMoveState(移动状态)
  • PlayerJumpState(跳跃状态)
  • PlayerIdleState(站立状态)

PlayerState

玩家状态的基类，包含状态的基本操作构造函数和三个基础抽象函数进入状态、更新状态、退出状态。

public class PlayerState
{protected Player3 player;protected PlayerStateMachine stateMachine;protected Rigidbody2D rb;protected float xInput;protected float yInput;public string animBoolName;// 记录状态的开始时间，方便做一些状态的转化protected float stateTimer;protected bool triggerCalled;public PlayerState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName){this.player = _player;this.stateMachine = _stateMachine;this.animBoolName = _animBoolName;}public virtual void Enter(){player.anim.SetBool(animBoolName, true);rb = player.rb;triggerCalled = false;}public virtual void Exit() {player.anim.SetBool(animBoolName, false);}public virtual void Update() {stateTimer -= Time.deltaTime;xInput = Input.GetAxisRaw("Horizontal");yInput = Input.GetAxisRaw("Vertical");player.anim.SetFloat("yVelocity", rb.velocity.y);}public virtual void AnimatorFinishTrigger(){triggerCalled = true;}
}

PlayerStateMachine

玩家状态的转换类，改变状态步骤

• 退出当前状态
• 初始化新状态
• 进入新的状态

public class PlayerStateMachine
{public PlayerState currentState { get; private set;}public void Initialize(PlayerState _state){currentState = _state;currentState.Enter();}public void ChangeState(PlayerState _nextState){currentState.Exit();currentState = _nextState;currentState.Enter();}
}

状态类

有两个比较特殊的状态

• PlayerAirState，为了设置玩家在空中时的动作
• PlayerGroundedState，这个状态是为了抽象出玩家站立，跳跃，移动的通用代码。这些状态都要求玩家必须在地面上才能转换。

PlayerAirState(玩家在空中状态)

public class PlayerAirState : PlayerState
{public PlayerAirState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName) : base(_player, _stateMachine, _animBoolName){}public override void Enter(){base.Enter();}public override void Exit(){base.Exit();}public override void Update(){base.Update();// rb.velocity.y or x 静止时 都为 0，所以不需要关注当前位置，只要静止为0if (player.IsGroundDetected()){stateMachine.ChangeState(player.idleState);}// 跳起来的移动速度会慢一点if (xInput != 0){player.SetVelocity(player.moveSpeed * .8f * xInput, rb.velocity.y);}}
}

PlayerGroundedState(玩家在地面状态)

public class PlayerGroundedState : PlayerState
{public PlayerGroundedState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName) : base(_player, _stateMachine, _animBoolName){}public override void Enter(){base.Enter();}public override void Exit(){base.Exit();}public override void Update(){base.Update();if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Mouse0)){stateMachine.ChangeState(player.moveState);}if (!player.IsGroundDetected()){stateMachine.ChangeState(player.airState);}if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space) && player.IsGroundDetected()){stateMachine.ChangeState(player.jumpState);}}}

PlayerDashState(冲刺状态)

public class PlayerDashState : PlayerState
{public PlayerDashState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName) : base(_player, _stateMachine, _animBoolName){}public override void Enter(){base.Enter();stateTimer = player.dashDuration;}public override void Exit(){base.Exit();// 冲刺结束后x轴不动，在空中就不会一直移动player.SetVelocity(0, rb.velocity.y);}public override void Update(){base.Update();player.SetVelocity(player.dashSpeed * player.dashDir, 0);if (stateTimer < 0){stateMachine.ChangeState(player.idleState);}}
}

PlayerIdleState(站立状态)

public class PlayerIdleState : PlayerGroundedState
{public PlayerIdleState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName) : base(_player, _stateMachine, _animBoolName){}public override void Enter(){base.Enter();// 将坐标设置为 0,0player.SetZeroVelocity();}public override void Exit(){base.Exit();}public override void Update(){base.Update();if(xInput != 0){stateMachine.ChangeState(player.moveState);}}
}

PlayerJumpState(跳跃状态)

public class PlayerJumpState : PlayerState
{public PlayerJumpState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName) : base(_player, _stateMachine, _animBoolName){}public override void Enter(){base.Enter();rb.velocity = new Vector2(rb.velocity.x, player.jumpForce);}public override void Exit(){base.Exit();}public override void Update(){base.Update();if (rb.velocity.y < 0){stateMachine.ChangeState(player.airState);}}
}

PlayerMoveState(移动状态)

public class PlayerMoveState : PlayerGroundedState
{public PlayerMoveState(Player3 _player, PlayerStateMachine _stateMachine, string _animBoolName) : base(_player, _stateMachine, _animBoolName){}public override void Enter(){base.Enter();}public override void Exit(){base.Exit();}public override void Update(){base.Update();player.SetVelocity(xInput * player.moveSpeed, rb.velocity.y);if (xInput == 0){stateMachine.ChangeState(player.idleState);}}
}

Player

玩家类，继承自MonoBehaviour，状态机和各类状态等的定义都在这里进行初始化赋值。

我们需要创建一些关键函数：Awark()，Start()，Update()

该方法初始化过程：

暂时无法在飞书文档外展示此内容

下面的类比较复杂，我设置一个简化版和详细版，了解大致流程简化版即可

简化版

public class Player3 : MonoBehaviour
{public Animator anim { get; private set; }public Rigidbody2D rb { get; private set; }#region Statespublic PlayerStateMachine stateMachine { get; private set; }public PlayerIdleState idleState { get; private set; }public PlayerMoveState moveState { get; private set; }public PlayerJumpState jumpState { get; private set; }public PlayerDashState dashState { get; private set; }public PlayerAirState airState { get; private set; }#endregionprivate void Awake(){stateMachine = new PlayerStateMachine();idleState = new PlayerIdleState(this, stateMachine, "Idle");moveState = new PlayerMoveState(this, stateMachine, "Move");dashState = new PlayerDashState(this, stateMachine, "Dash");jumpState = new PlayerJumpState(this, stateMachine, "Jump");airState = new PlayerAirState(this, stateMachine, "Jump");}private void Start(){rb = GetComponent<Rigidbody2D>();anim = GetComponentInChildren<Animator>();stateMachine.Initialize(idleState);}private void Update(){stateMachine.currentState.Update();CheckForDashInput();}
}

详细版

public class Player3 : MonoBehaviour
{public Animator anim { get; private set; }public Rigidbody2D rb { get; private set; }protected int facingDir = 1;protected bool facingRight = true;[Header("Move info")]public float moveSpeed = 12f;public float jumpForce;[Header("Dash info")][SerializeField] private float dashCooldown;private float dashUsageTimer;public float dashSpeed = 5f;public float dashDuration = 5f;public float dashDir { get; private set; }[Header("Collision Info")][SerializeField] protected Transform groundCheck;[SerializeField] protected float groundCheckDistance;[SerializeField] protected LayerMask whatIsGround;#region Statespublic PlayerStateMachine stateMachine { get; private set; }public PlayerIdleState idleState { get; private set; }public PlayerMoveState moveState { get; private set; }public PlayerJumpState jumpState { get; private set; }public PlayerDashState dashState { get; private set; }public PlayerAirState airState { get; private set; }#endregionprivate void Awake(){stateMachine = new PlayerStateMachine();idleState = new PlayerIdleState(this, stateMachine, "Idle");moveState = new PlayerMoveState(this, stateMachine, "Move");dashState = new PlayerDashState(this, stateMachine, "Dash");jumpState = new PlayerJumpState(this, stateMachine, "Jump");airState = new PlayerAirState(this, stateMachine, "Jump");}private void Start(){rb = GetComponent<Rigidbody2D>();anim = GetComponentInChildren<Animator>();stateMachine.Initialize(idleState);}private void Update(){stateMachine.currentState.Update();CheckForDashInput();}// => 可以理解为 简化返回表达式的符号，主要用于单行方法、属性或表达式的定义。public virtual bool IsGroundDetected() => Physics2D.Raycast(groundCheck.position, Vector2.down, groundCheckDistance, whatIsGround);private void CheckForDashInput(){dashUsageTimer -= Time.deltaTime;if (Input.GetKeyDown(KeyCode.LeftShift) && dashUsageTimer < 0){dashUsageTimer = dashCooldown;dashDir = Input.GetAxisRaw("Horizontal");if (dashDir == 0)dashDir = facingDir;stateMachine.ChangeState(dashState);}}public void SetZeroVelocity(){rb.velocity = new Vector2(0, 0);}public void SetVelocity(float _xVelocity, float _yVelocity){rb.velocity = new Vector2(_xVelocity, _yVelocity);FlipController(_xVelocity);}public virtual void FlipController(float _x){if (_x > 0 && !facingRight){Flip();}else if (_x < 0 && facingRight){Flip();}}protected virtual void Flip(){facingDir = facingDir * -1;facingRight = !facingRight;transform.Rotate(0, 180, 0);}
}

小结

使用状态机进行重构我们可以看到，之后如果想新增或者修改状态，只需要去对应状态类中修改即可，不需要在很多地方维护对应代码，对于代码整体也更加清晰。

整体玩家状态机代码重构就是上面，接下来重构玩家动画部分

动画部分重构

重构前，我们是通过维护玩家当前的状态是否来判断是否进入和退出。使用状态机后，我们应该通过状态代表的参数来维护状态机。

重构后，我们可以看到状态机的方式我们不需要通过playerIdle来转换，每次状态机执行完都会进入 Exit 结点（改结点详情看拓展） ，这样我们不用维护状态之间是否有依赖，更方便后续的拓展

重构后效果

拓展

Unity 如何调用 Awake()

Awake() 方法在 Unity 生命周期中的角色
Awake() 是 Unity 中 MonoBehaviour 类的生命周期方法之一，它的主要功能是在对象被创建时初始化脚本和对象状态。它是 Unity 生命周期中非常重要的一个环节。

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Awake() 的调用时机

1. 在场景加载时：
   当一个场景加载完成，所有启用的 GameObject 的组件（脚本）会在它们的 Awake() 方法中执行初始化。

2. 在 GameObject 动态实例化时：
   如果一个 GameObject 在运行时被动态创建（如通过 Instantiate() 方法），其附加的脚本也会在实例化时调用 Awake()。

3. 调用顺序：

   • Awake() 的调用顺序不受脚本执行顺序的影响。Unity 会按照 GameObject 被加载的顺序来依次调用这些对象的 Awake() 方法。
   • 重要：如果有依赖其他对象的初始化，可以将逻辑放在 Start() 中，因为 Start() 会在所有 Awake() 调用完成之后执行。

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Unity 生命周期的完整流程
以下是 Unity 中 MonoBehaviour 的常见生命周期方法及其顺序：

1. 脚本的加载和初始化阶段：

   • Awake()
     • 在所有脚本的生命周期中最先调用。
     • 用于初始化脚本的内部状态，以及为后续使用的变量赋初始值。
     • 在 Awake() 被调用时，其他组件或 GameObject 可能尚未初始化完成，因此不适合依赖其他对象。

2. 脚本的启用阶段：

   • OnEnable()
     • 在对象被启用时调用。
     • 如果需要在对象启用时执行额外操作，可以在这里添加逻辑。

3. 场景运行时初始化阶段：

   • Start()
     • 在所有对象的 Awake() 方法执行完成后调用。
     • Start() 是初始化逻辑的推荐位置，特别是在需要依赖其他对象的情况下。

4. 运行时更新阶段：

   • Update()：每帧调用一次，用于更新逻辑。
   • FixedUpdate()：每固定时间间隔调用一次，用于物理计算。
   • LateUpdate()：在每帧的所有 Update() 执行完成后调用，用于执行后续逻辑（例如摄像机跟随）。

5. 销毁阶段：

   • OnDisable()
   • OnDestroy()

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Awake() 的作用和特点

1. 作用

• 初始化脚本实例：
  用于初始化脚本中的变量和状态，例如分配引用、加载资源、设置默认值等。

• 加载必要的资源：
  比如加载外部的材质、音频或配置文件。

• 设置依赖项：
  如果某些对象或组件需要在脚本激活时使用，可以在 Awake() 中获取或初始化它们。

2. 与 Start() 的区别

• Awake() 比 Start() 更早调用。
• Awake() 用于确保脚本自身的初始化，而 Start() 适合处理与其他对象或组件的交互。

特性	Awake()	Start()
调用时机	对象加载时立即调用	所有对象的 Awake() 执行后
依赖其他对象状态	不建议依赖其他对象	可安全地依赖其他对象
手动调用	不推荐（Unity 会自动调用）	可以在特定情况下手动调用

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示例：Awake() 与生命周期的关系

using UnityEngine;public class Example : MonoBehaviour
{void Awake(){Debug.Log("Awake: 初始化脚本变量和资源");}void OnEnable(){Debug.Log("OnEnable: 脚本或对象被激活");}void Start(){Debug.Log("Start: 在对象所有的初始化完成后调用");}void Update(){Debug.Log("Update: 每帧调用");}void OnDisable(){Debug.Log("OnDisable: 脚本或对象被禁用");}void OnDestroy(){Debug.Log("OnDestroy: 对象被销毁");}
}

在场景运行时，执行顺序为：

1. Awake()：初始化。
2. OnEnable()：对象启用时的逻辑。
3. Start()：所有对象的 Awake() 调用完成后。
4. Update()：每帧更新。
5. OnDisable() 和 OnDestroy()：对象被禁用或销毁时。

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总结

• Awake() 的核心作用是初始化脚本变量和状态，在 Unity 生命周期中最早被调用。
• 适合场景：用来初始化脚本或 GameObject 的自身逻辑，而不依赖其他对象。
• 与其他方法的关系：
  • Awake() 是生命周期的起点。
  • 如果依赖其他对象的初始化，建议将逻辑放到 Start()。

希望这些内容能帮助你理解 Unity 的生命周期和 Awake() 方法的作用！如果你有更多问题，随时提问！

Unity 调用 Awake 的简单原理

Unity 调用 Awake() 的原理其实可以简单地理解为以下几个步骤。虽然 Unity 的底层实现细节是封闭的，但我们可以根据其生命周期行为和一些公开信息总结出其大致逻辑。

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1. Unity 生命周期的核心
Unity 的生命周期方法（如 Awake()、Start()）是由 Unity 引擎在运行时按照特定顺序自动调用的。这些方法不需要开发者手动注册或显式调用。以下是基本的执行流程：

1. 场景加载：

   • Unity 会加载场景中的所有 GameObject。
   • 如果某个 GameObject 上挂载了继承自 MonoBehaviour 的脚本，它会参与生命周期流程。

2. 脚本扫描和方法检测：

   • Unity 会通过反射机制检测脚本中是否实现了特定的生命周期方法（如 Awake()）。
   • 如果检测到某个生命周期方法，则将其注册到 Unity 的内部执行流程中。

3. 方法调用：

   • 在特定的生命周期阶段（例如场景加载后），Unity 引擎会按顺序调用注册的生命周期方法。

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2. 调用 Awake() 的简化原理
以下是 Unity 如何调用 Awake() 的基本逻辑：

步骤 1：场景加载

• 当场景加载时，Unity 会逐一加载场景中的所有 GameObject 和它们的组件。

步骤 2：反射检测

• Unity 扫描每个继承自 MonoBehaviour 的脚本，检查是否定义了 Awake() 方法。
  • Unity 使用 反射 来动态检测方法是否存在。
  • 如果 Awake() 存在，Unity 会将该方法存储为一个待调用的任务。

步骤 3：初始化并调用 Awake()

• 在所有 GameObject 被加载到内存后，Unity 会依次调用这些 GameObject 脚本的 Awake() 方法。
• 调用顺序：
  • Awake() 是生命周期的第一个阶段。
  • 只要脚本和对象处于启用状态，Awake() 会在对象加载时立即被调用。

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代码实现的简化逻辑
以下是 Unity 调用 Awake() 的简单逻辑，用伪代码表示：

// Unity 内部的场景加载流程
void LoadScene(Scene scene)
{// 1. 加载场景中的所有 GameObjectforeach (GameObject go in scene.gameObjects){// 2. 获取 GameObject 上的所有 MonoBehaviour 脚本foreach (MonoBehaviour script in go.GetComponents<MonoBehaviour>()){// 3. 检查是否实现了 Awake() 方法if (script.HasMethod("Awake")){// 4. 调用 Awake()script.Awake();}}}
}

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3. Awake() 的调用特点

• 只调用一次：

  • Awake() 只会在脚本实例初始化时调用一次，无论该脚本的 GameObject 是否被启用或禁用。

• 不依赖脚本执行顺序：

  • Awake() 的调用顺序是按照 GameObject 加载的顺序。
  • 脚本执行顺序设置对 Awake() 无影响。

• 在 Start() 之前调用：

  • Awake() 是生命周期的第一步，Start() 在所有 Awake() 调用完成后才会被执行。

• 适合自我初始化：

  • Awake() 的设计初衷是用于初始化自身的变量和状态，而不适合依赖其他 GameObject，因为此时其他对象可能尚未完成初始化。

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4. 示例代码
以下代码演示了 Unity 如何在场景加载时调用 Awake() 和 Start()：

using UnityEngine;public class Example : MonoBehaviour
{void Awake(){Debug.Log("Awake called: 初始化变量");}void Start(){Debug.Log("Start called: 依赖其他对象初始化");}
}

假设场景中有两个 GameObject 分别挂载了该脚本，运行时输出可能是：

Awake called: 初始化变量 (GameObject 1)
Awake called: 初始化变量 (GameObject 2)
Start called: 依赖其他对象初始化 (GameObject 1)
Start called: 依赖其他对象初始化 (GameObject 2)

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5. 为什么使用 Awake()
Awake() 的核心作用是初始化自身的状态。例如：

1. 分配变量或资源。
2. 加载外部数据。
3. 设置默认值。

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6. 与其他生命周期方法的关系

方法名	调用时机	适合的操作
Awake()	GameObject 加载到场景时	初始化自身变量，不依赖其他对象
OnEnable()	GameObject 或脚本启用时	运行需要在启用时触发的逻辑
Start()	所有 Awake() 调用完成后，场景运行时	初始化需要依赖其他对象的逻辑
Update()	每帧调用	持续更新逻辑，例如动画、输入检测

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总结
Unity 调用 Awake() 的原理可以概括如下：

1. 加载场景：
   • Unity 会加载所有 GameObject 和其组件。
2. 检测方法：
   • Unity 使用反射检测脚本是否实现了 Awake() 方法。
3. 方法调用：
   • Unity 自动调用实现了 Awake() 的脚本，不需要开发者手动调用。

通过这个流程，Unity 实现了生命周期的动态管理，使得开发者只需专注于脚本逻辑的实现，而不用关心具体的调用机制。

Unity状态机的Exit结点

在Unity的Animator状态机（Animator State Machine）中，Exit结点用于表示从当前状态机退出到其父状态机的状态。以下是关于Exit结点的详细说明：

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1. Exit结点是什么？
   Exit结点是Unity Animator中的一个特殊的状态机结点，它表示一个状态机结束的出口点。通常用于嵌套的子状态机（Sub-State Machine）中，告诉父状态机当前子状态机的行为已经完成，可以切换到父状态机中的其他状态。

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2. 使用场景

• 嵌套状态机（Sub-State Machines）：
  当你将一个复杂的动画逻辑封装到一个子状态机中时，Exit结点表示该子状态机完成其逻辑后应该退出，回到父状态机进行下一步。
• 动画流程控制：
  如果子状态机处理完某些特定动画（如攻击动作、过渡动画等），可以通过Exit结点返回父状态机，从而进行主流程的继续。

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3. 如何设置Exit结点
   在Unity中，以下是设置Exit结点的步骤：
4. 创建子状态机：
   在Animator中，右键选择Create Sub-State Machine，创建一个嵌套的子状态机。
5. 添加状态和过渡：
   在子状态机中添加具体的动画状态（如攻击、跳跃等）。
6. 使用Exit结点：
   • 在子状态机中，右键选择Make Transition，并将过渡指向Exit结点。
   • Exit结点是子状态机的默认出口，不需要手动创建。
7. 在父状态机中配置逻辑：
   在父状态机中，可以设置子状态机到其他状态（或反过来）的过渡逻辑。

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4. Exit的行为

• 当动画流转到Exit结点时，子状态机会退出，控制权回到父状态机。
• 可以通过Animator Controller中的条件（如布尔值、触发器等）控制子状态机何时退出。
• 在父状态机中，子状态机到Exit的过渡会被认为完成，可以接着切换到其他状态。

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5. 注意事项

• 不能直接控制Exit结点：
  Exit是一个逻辑性的特殊结点，它不能像普通状态一样附加动画或行为。
• 父状态机的后续逻辑：
  确保在父状态机中正确设置过渡条件，否则子状态机退出后可能进入意料之外的状态。

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6. 示例场景
   假设有一个游戏角色的动画逻辑：

• 父状态机：
  包括“待机”、“跑步”、“攻击子状态机”。
• 子状态机（攻击子状态机）：
  包括“攻击准备”、“攻击动作”、“攻击结束”。

当“攻击动作”完成后，子状态机会通过Exit结点返回父状态机，角色的动画状态可能回到“待机”或其他状态。