来来来，用 C++ 写个有限状态机（一）

〇、先暂停我简单说两句啊

有限状态机是一个很常用的技术，在流程控制和游戏AI中都比较实用，因为状态机编程简单又很符合直觉。本文是参考《Programming Game AI by Example》从零开始使用C++搭一个状态机的轮子，主要有以下几个点：

我会在搭建的过程中穿插一些C++知识的介绍，适合不甚了解C++或是状态机的小伙伴，手把手的编程教程。

1. 游戏框架的实现
2. 状态类以及游戏对象的状态转换
3. 状态机实现
4. 消息机制的实现

完整的代码在 github 中给出。

一、

记得最开始工作时候也接触过有限状态机，当时是一个长长的用switch写成的状态机，理解它的时候真的很困难。

所以现在使用一套内置规则到状态内部去，来控制状态的转换。

现在就来制作一个有限状态机。

作为一个关于使用状态机创建一个智能体的实际案例，我们先模拟这样一个场景。想象一个我们控制的角色“我”，在上海延安西路附近工作学习和玩耍，“我”相当的佛系，有钱不愁吃喝就去上学，自由自在地给技能树加点，没钱了就去实习赚外块，渴了累了就近“啤酒阿姨”两瓶啤酒……

但是，这个例子要全靠想象力了，因为这是在控制台中的文本演示。

[图1 这个状态机的示意图，surface画一下，忍一忍买pro7吧]

因此，这个例子中有四个位置：一个学校，可以让“我”提高能力；一个实习公司，根据“我”的能力，给我发实习津贴；一个啤酒阿姨酒吧，让“我”可以解除压力；最后还有一个温馨的家吼，能够解除疲劳。

而这些位置每一个都代表了一个状态，因为我们是使用内置规则来控制状态机的转换，“我”在到达一个位置之后要干什么，都会由当前所处的状态和一些属性值来决定。

&&&&逐个介绍一下，要点的扩展写成补充的blog放到前面，加链接。

BaseGameEntity类，用来作为所有游戏对象的基类，主要为游戏对象提供了一个ID，以及每一帧更新时调用的纯虚函数Update。

class BaseGameEntity
{
private:
	int m_ID;
	// Should be static
	static int m_iNextValidID;
	//int m_iNextValidID;
	void SetID(int val);
public:
	BaseGameEntity(int id)
	{
		SetID(id);
	}
	virtual  ~BaseGameEntity(){}
	virtual void Update() = 0;
	int ID()const { return m_ID; }
}

使用一个枚举类型管理所有可能到达的地点，sweetHome、school、company、beerLady 分别代表家、学校、实习公司、啤酒阿姨这四个地点。在 Me 类中，对“我”所特有的属性进行了定义，如心情值（ m_iMoodForDoingStuffs ），金钱数（ m_iMoneyInCard ），能力（ m_iAbilityLevel ），疲劳（ m_iFatigue ），以及这些属性的阈值，用来在状态转移中起作用。随后定义的方法表明了这些属性如何变化，并为其他类查看这些属性暴露了接口。

enum location_type
{
	sweetHome,
	school,
	company,
	beerLady,
};

class Me : public BaseGameEntity
{
private:
	State* m_pCurrentState;
	location_type m_Location;
	// should be early than those variables use them.
	const int Max_Mood = 5;
	const int TirednessThreshold = 5;
	const int LowMoodThreshold = 1;
	const int LowMoneyThreshold = 2000;
	// 
	int m_iMoneyInCard;
	int m_iMoodForDoingStuffs;
	int m_iAbilityLevel;
	int m_iFatigue;
	
public:
	Me(int ID);				
	void Update(); 
	void ChangeState(State *pNewState);
	// interface
	location_type Location()const { return m_Location; }
	void ChangeLocation(const location_type goal) { m_Location = goal; }
	int Ability()const { return m_iAbilityLevel; }
	void SetAbilityLevel(const int val) { m_iAbilityLevel = val; }
	void AddToAbility(const int val);
	int MoneyInCard()const { return m_iMoneyInCard; }
	void SetMoneyInCard(const int val) { m_iMoneyInCard = val; }
	void ThePayDay(const int val);
	bool Fatigued()const;
	bool Rested()const;
	void DecreaseFatigue(const int val) { m_iFatigue -= val; }
	void IncreaseFatigue(const int val) { m_iFatigue += val; }
	bool LowMood()const;
	void DecreaseMood(const int val) { m_iMoodForDoingStuffs -= val; }
	void IncreaseMood(const int val) { m_iMoodForDoingStuffs += val; }
	bool FeelPoor()const;
	void BuyTheBeer() { m_iMoodForDoingStuffs = Max_Mood; m_iMoneyInCard -= 500; }
};

接下来是状态 State 类，这是一个纯虚类（抽象类），作为状态对象的一个通用接口。类中所有方法都是虚函数，需要在继承自 State 的类中实现具体逻辑。Enter() 方法在进入状态时调用一次，随后执行 Execute() 方法处理状态的主要逻辑，在状态退出时，会执行 Exit() 方法。

class State
{
public:
	virtual ~State(){}
	virtual void Enter(Me*) = 0;
	virtual void Execute(Me*) = 0;
	virtual void Exit(Me*) = 0;

};

在这里使用单例模式实现每一个状态，一切从简，不考虑线程安全。分别针对不同的地点，定义在每个地点的状态类，代码如下：

// My States

class GoWorkAndEarnMoney:public State
{
private:
	GoWorkAndEarnMoney() = default;
public:
	static GoWorkAndEarnMoney* Instance();
	virtual void Enter(Me* pMe);
	virtual void Execute(Me* pMe);
	virtual void Exit(Me* pMe);
};

class GoSchoolAndStudy:public State
{
private:
	GoSchoolAndStudy() = default;
public:
	static GoSchoolAndStudy* Instance();
	virtual void Enter(Me* pMe);
	virtual void Execute(Me* pMe);
	virtual void Exit(Me* pMe);
};

class GoHomeAndSleep:public State
{
private:
	GoHomeAndSleep() = default;
public:
	static GoHomeAndSleep* Instance();
	virtual void Enter(Me* pMe);
	virtual void Execute(Me* pMe);
	virtual void Exit(Me* pMe);
};
 
class GoBar:public State
{
private:
	GoBar() = default;
public:
	static GoBar* Instance();
	virtual void Enter(Me* pMe);
	virtual void Execute(Me* pMe);
	virtual void Exit(Me* pMe);
};