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GameDev-有限状态机的实现
在我个人的EndlessJourney项目中，我正在构建一个2D动作角色系统。随着角色功能的增加，包括跳跃、滑铲、下蹲、攻击、受击等动作，我发现PlayerController中维护的状态变量也越来越多：
private bool m_isJump;private bool m_isSlide;private bool m_isSquat;private bool m_isAttack;private bool m_isHurt;...虽然这种方式在简单场景下可以工作，但随着状态数量的增加，代码会变得难以维护和扩展。状态判断混在一起、条件分支不断增多、行为耦合严重，一旦新增动作或调整逻辑，很容易引发连锁bug。 在查阅了实际游戏开发案例和相关技术资料之后，我发现一个更合理、更工程化的解决方式——有限状态机(Finite State Machine, FSM)。它能够将每种行为拆分为独立状态，使角色逻辑更加清晰、易维护，同时具备良好的扩展性。
什么是有限状态机
FSM是一种将对象行为划分为有限个状态、并管理它们之间切换关系的模型。其特点如下：
- 每次只能处于一个状态(eg: Idle/Jump/Attack)
- 每个状态负责自己的逻辑(OnEnter/OnLogictUpdate/OnPhysicsUpdate/OnExit)
- 状态切换流程清晰，可避免过多的
if-else条件判断
构建有限状态机
既然选择使用有限状态机，那么要先设计一套通用的状态机结构，用于统一管理角色的行为状态。首先，定义一个状态接口IState，声明所有状态需要实现的生命周期方法：
/// <summary>/// 状态机接口类: 定义了所有状态类必须实现的生命周期方法, 实现了逻辑更新、物理更新/// </summary>public interface IState{ /// <summary> /// 状态进入时调用: 用于初始化状态 /// </summary> void OnEnter(); /// <summary> /// 状态逻辑更新: 在 Unity 的 Update() 中调用, 用于处理输入、游戏逻辑、状态转换(SwitchState)等操作 /// </summary> void OnLogicUpdate(); /// <summary> /// 状态物理更新: 在 Unity 的 FixedUpdate() 中调用, 用于给gameObject施加力、修改速度等操作 /// </summary> void OnPhysicsUpdate(); /// <summary> /// 状态退出时调用: 用于清理资源、停止动画等 /// </summary> void OnExit();}接下来，实现状态机基类，用于存储当前状态并负责状态切换和更新调用：
/// <summary>/// 状态机基类/// </summary>public class StateMachine{ /// <summary> /// 当前状态 /// </summary> public IState currentState;
public virtual void Update() { currentState?.OnLogicUpdate(); }
public virtual void FixedUpdate() { currentState?.OnPhysicsUpdate(); }
/// <summary> /// 切换状态 /// </summary> /// <param name="newState">新状态</param> protected void SwitchState(IState newState) { if (newState == currentState) { return; }
//退出当前状态 currentState?.OnExit(); //更新状态 currentState = newState; //初始化新状态 currentState.OnEnter(); }}给 Player 构建状态机
设计 Player 的状态
在项目中，我根据手中的美术素材，将角色分为7种状态：Idle、Move-移动(包括行走和奔跑)、Jump、Slide、Squat、Attack-攻击(包括多段攻击)、Hurt。其状态关系如下：
为了让状态机在代码层面更直观，我定义了一个枚举来描述这些状态：
/// <summary>/// Player状态枚举/// </summary>public enum PlayerStateEnum{ None = -1, Idle, Move, Jump, Squat, Slide, Attack, Hurt}将状态机与控制器绑定
在项目中，我将角色的逻辑分为三个部分：
PlayerController: 角色控制器，负责角色的输入、与角色数据交互、事件响应等PlayerAnimationController: 角色动画控制器，负责动画播放和动画参数更新PlayerStateMachine: 角色状态机，负责状态的切换和状态的逻辑更新
并且在PlayerStateMachine中，同时存储角色控制器和动画控制器的引用，实现通过状态机同时读写角色数据与更新动画：
/// <summary>/// Player状态机/// </summary>public class PlayerStateMachine : StateMachine{ /// <summary> /// Player控制器 /// </summary> public PlayerController Controller => m_controller; private PlayerController m_controller;
/// <summary> /// Player动画控制器 /// </summary> public PlayerAnimationController AnimationController => m_animationController; private PlayerAnimationController m_animationController;
/// <summary> /// 状态字典 /// </summary> private Dictionary<PlayerStateEnum, PlayerState> m_stateDic;
public PlayerStateMachine(PlayerController controller, PlayerAnimationController animationController) { this.m_controller = controller; this.m_animationController = animationController; m_stateDic = new Dictionary<PlayerStateEnum, PlayerState>(); }
/// <summary> /// 添加状态 /// </summary> /// <param name="stateEnum"></param> /// <param name="playerState"></param> public void AddState(PlayerStateEnum stateEnum, PlayerState playerState) { if (m_stateDic.ContainsKey(stateEnum) != true) { m_stateDic.Add(stateEnum, playerState); } }
public void SwitchState(PlayerStateEnum state) { if (m_stateDic.TryGetValue(state, out var playerState) != true) { return; }
//切换状态 base.SwitchState(playerState); }}在PlayerController中初始化状态机，并将每个状态注册进去：
/// <summary>/// 初始化状态机/// </summary>private void InitStateMachine(){ m_stateMachine = new PlayerStateMachine(this, GetComponent<PlayerAnimationController>()); //Idle m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Idle, new PlayerIdleState(m_stateMachine)); //Move m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Move, new PlayerMoveState(m_stateMachine)); //Jump m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Jump, new PlayerJumpState(m_stateMachine)); //Squat m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Squat, new PlayerSquatState(m_stateMachine)); //Slide m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Slide, new PlayerSlideState(m_stateMachine)); //Attack m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Attack, new PlayerAttackState(m_stateMachine)); //Hurt m_stateMachine.AddState(PlayerStateEnum.Hurt, new PlayerHurtState(m_stateMachine));
//初始化默认状态为Idle m_stateMachine.SwitchState(PlayerStateEnum.Idle);}Example：Idle状态
由于Idle状态的逻辑比较简单，下面我以Idle状态为例，介绍状态机的状态转换逻辑：
- 当角色的输入方向大于0.1时，切换为Move状态
- 当角色按下跳跃键时，切换为Jump状态
- 当角色按下下蹲键时，切换为Squat状态
- 当角色按下滑铲键时，切换为Slide状态
public class PlayerIdleState : PlayerState{ public PlayerIdleState(PlayerStateMachine stateMachine) : base(stateMachine) { base.stateEnum = PlayerStateEnum.Idle; }
public override void OnLogicUpdate() { var controller = stateMachine.Controller; //移动 if (controller.inputDirection.magnitude > 0.1f) { stateMachine.SwitchState(PlayerStateEnum.Move); return; }
//跳跃 if (controller.IsOnGround && controller.IsJump) { stateMachine.SwitchState(PlayerStateEnum.Jump); return; }
//下蹲 if (controller.IsOnGround && controller.IsSquat) { stateMachine.SwitchState(PlayerStateEnum.Squat); return; }
//滑铲 if (controller.IsOnGround && controller.IsSlide) { stateMachine.SwitchState(PlayerStateEnum.Slide); return; }
//攻击 if (controller.IsOnGround && controller.IsAttack) { stateMachine.SwitchState(PlayerStateEnum.Attack); return; } }
public override void OnPhysicsUpdate() { stateMachine.Controller.SetVelocity(Vector2.zero); }}效果
总结
项目中通过引用有限状态机，实现角色控制系统，有效管理了角色的状态切换、动画播放和物理行为控制等核心功能。但从整个项目结构来看，仍然存在一些问题，如：
- 当前
PlayerController中仍存在用于标识角色状态的bool类型，与FSM存在冗余 - 动画播放仍依赖Unity Animator内的状态连线，导致复杂状态(如多段攻击)在动画流转控制上存在不便与潜在冲突
为进一步优化架构与提升项目可维护性，项目后续会进行如下改进：
- 移除多余的状态标识符： 通过状态机直接控制角色状态，减少PlayerController中的bool变量，提高代码可维护性
- 取消Animator内部手动连线： 通过状态机直接控制动画播放，实现动画事件触发与状态切换的统一管理
Reference
GameDev-有限状态机的实现
https://jerryym.github.io/posts/gamedev/gamedev-有限状态机的实现/