求有限状态机的资料

[antonyhome]

有些设计(比如游戏)是用有限状态机(FSM)实现的，
这个我只在数字电路的课程中学过，
不知道软件设计中如何实现状态迁移，
一般的软件设计的书上没有讲，只找到GOF的State模式，
谁有这方面的较详细的资料。先谢谢了！

[ox_thedarkness]

楼主是要做游戏么？

[ox_thedarkness]

下面是我习惯的做法：
基类Unit包含下面这些重要的模块：

1 状态描述。状态和帧回调函数统一，这可以令派生类工作最简化。
用 setState( pState )设置回调函数，用 bool isState( pState ) 检查当前状态。
有一个问题是 this 错位... 也就是涉及多继承的情况：如果Unit类不是最左基类就会出现这个问题。 所以有一个 pthis( void* ) 设置状态实际定义类的this位置。

2 包含帧数计数器 _fCount，这个计数器为 protected，派生类可见。
每次状态变化初始化为0。

因为游戏往往包含和状态相关的计时：比如Boss攻击前摆120帧的pose，这样玩家就有时间躲开；或者某敌人连续移动 300帧 触发一次“索敌AI”等等； 而且、如果动画模块没有单独制作的话，动画的计帧很适合用他完成。

3 包含普通函数 reflush() 刷新。 这个函数让 _fCount 加一，然后调用 Unit对应的状态回调函数（也就是当前状态）。 所以，如果我们有一个基类容器，比如 vector< Unit* >， 每帧的时候我们只需要遍历这个容器，然后调用 *iter.reflush() 就可以了。

注意，这个不是虚函数。

4 包含接口，纯虚函数。这里列举了游戏两个必不可少的接口：

bool hitTest( UnitHit& ) const
判断 Unit 是否碰到某个判定物体。无论攻击检测还是吃宝物都需要这个；有些时候地形约束也靠这个。
他只是返回几何判断，而不进行操作。

bool takeDmg( Weapon& )
Unit已经和某个Weapon 碰撞了，这个函数完成Unit这方的行动。
和 hitTest 相反，他不进行几何判断，而是完成操作。
什么行动呢？比如，如果 Weapon 是敌方的武器的话，那么计算伤害、转换本Unit 到 “被击中”、“被击飞”等就是他了。

返回是否成功 —— 为什么要返回是否成功呢？这也是经验...
因为有些东西逻辑上（或者游戏规则上）和Unit碰撞无效果。如果游戏规则说：自己人发射的子弹能穿过友军而不消失，那么这个返回值可以很漂亮的完成这个要求。


5 实际游戏如何运行呢？

一般来说游戏有两个模块：渲染和内核运算刷新。内核运算以内核帧记，游戏中几乎所有“活动”也是以内核帧为时间单位。
比如规定：内核帧 60 fps，
主角移动速度： 4 每帧（即一秒240单位）；
主角移动动画循环： 20帧。
挥刀1： 20帧，起手4帧，带判定的攻击10帧，硬直6帧。
等等...


每当系统运行到 reflush刷新模块时，比较总时间，计算出当前绝对帧数和已经刷新的帧数。如果判断需要刷新n帧，那么就连续 reflush 刷新N次；否则，就 sleep或者其他啥等待时间流逝。

每次 reflush 刷新包括：遍历 Unit表逐个调用 reflush、以及其他的诸如关卡对象的 reflush。 如上面所说的，每个 Unit的 reflush 调用自己的当前状态回调函数。 一般分为下面几类：

没有判定的移动或者站立： 只考虑计算重力、环境约束（比如墙）对自己位置的影响。

带判定的行为： 除上面之外，一般向游戏系统对象要求 hitTest 测试。 一旦 hitTest 成功，则调用对方的 takeDmg()。 这样，对方就会进入合适的状态 （ 比如挨打/或者加分... 虽说叫 takeDmg， 但是宝物等等完全可以用这个完成）

特殊行为： 一般是播放一段特定动画（比如挨打、挂掉...），动画结束（确切地说，比较_fCount == 当前动画的结束帧编号）则进入下一个状态，有时候还要调用系统接口：比如死掉之后往往要告诉系统删除自己、在原地产生其他对象（如：我挂了，在我这里添加一串编号为002的喷血效果...） 等等....

6 渲染和内核是分开的。
与内核不同，渲染的fps往往不是固定的（尤其是PC平台）。需要渲染的时候，一般渲染上一个已经完成的内核状态； 3D游戏中更加精密一些的是，根据当前精确时间，在上一个内核帧和下一内核帧之间进行插值（ 反正是骨骼嘛... 假定下一帧和当前是同一个动作 ） 这样，即使在内核帧只有30的情况下，也能提供真正120 fps的流畅动画了~~

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下面是一个包含状态机的Unit类，以及他的派生类的代码。（当然只是简化的例子）运行于VC7之下。

//===============================================================
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

class Unit;
class UnitHit;
class Weapon;
// 通知系统从单位表中删除当前单位
void RemoveUnit( Unit& ){};


// 基类
class Unit{
typedef void( Unit::* P_CALL )();
P_CALL _stateNow; // 当前状态（同时也是回调函数）
void* _pthis; // 假如基类this和派生类不同，请调用 pthis()修改这个值

protected:
int _fCount; // 帧数计

public:
virtual bool hitTest( UnitHit& ) const = 0; // 碰撞检测
virtual bool takeDmg( Weapon& ) = 0; // 被Weapon命中，如果有判定则返回true

public:
// 参数为初始状态（函数指针）
template < typename T >
Unit( void (T::* initState)() ):
_stateNow( (P_CALL) initState ), _pthis(0),_fCount(0) {}

virtual ~Unit(){}

// 设置_pthis为p，影响之后的 reflush()
void pthis( void* p ){ _pthis = p; }

// 设置下一个状态（函数指针），_fCount清0
template < typename T >
void setState( void (T::* nextState )() ){
_stateNow = ( P_CALL ) nextState;
_fCount = 0;
}

// 比较当前状态（函数指针）
template < typename T >
bool isState( void (T::* rhs )() ){
return _stateNow == ( P_CALL ) rhs ?true:false;
}

// _fCount加1
// 调用当前状态回调函数，默认以this调用
// 若_pthis非0，则以_pthis为 this调用
// 若是状态回调函数指针为 0，则调用 RemoveUnit( Unit* )
void reflush(){
if( _stateNow ) {
if( _pthis ) ( (Unit*) _pthis ->*_stateNow )();
else ( this->*_stateNow )();
}
else RemoveUnit( *this );
++_fCount;
}
};


//某个敌人的类
class RedBall: public Unit{
typedef void( STATE_CALL )();
// 下面都是成员函数声明，例如第一个等价于 void stand()
STATE_CALL stand;
STATE_CALL move;
STATE_CALL attack;
STATE_CALL hitted;
STATE_CALL fall;
private:
int _x, _y;
int frameCount;
public:
bool hitTest( UnitHit& ){ return false; }
bool takeDmg( Weapon& ){ return false; }
public:
RedBall():Unit( stand ){
_x = _y = 0;
frameCount = 0;
}
};

void RedBall::stand(){
cout<<"RedBall ("<< _x <<','<< _y <<") stand(), f:"<<_fCount<<endl;
if( _fCount == 3 ){
cout<<"> Change to Move"<<endl;
setState( move );
}
}

void RedBall::move(){
static int speed = 5;

cout<<"RedBall ("<< _x <<','<< _y <<") move (), f:"<<_fCount<<endl;
_x += speed;
if( _x > 20 ) {
cout<<"> Change to Attack"<<endl;
setState( attack );
}
}

void RedBall::attack(){
cout<<"RedBall ("<< _x <<','<< _y <<") attack(), f:"<<_fCount<<endl;
if( _fCount == 5 ){
cout<<"> Attack Finished! Change to Stand"<<endl;
setState( stand );
}
}

int main(){
Unit *p = new RedBall();

// 我们让他跑20帧。
// 实际的工程中，一般是比较计时器的值并且间歇sleep
for( int i = 0; i < 20; ++i )
p->reflush();
}
//===============================================================

[xianshiqi]

有限状态机好像在编译原理中讲的多啊

[minus273]

我用的状态机是用一个数组实现 eg:
SMtable table[]
{
{状态1,事件1,动作1(回调函数)},
{状态2,事件2,动作2(回调函数)},
.....
{状态n,事件n,动作n(回调函数)}
}

[zbl101]

mark

[yuanchuang]

up

[北极猩猩]

有限状态自动机可以应用于许多问题的解决。
比如：正则表达式，UI状态控制等

[jasonhc]

Robert C. Martin有一片文章，讲用面向对象的方法构造状态机：
http://www.objectmentor.com/resources/articles/umlfsm.pdf

[jixingzhong]

离散数学[ 繁体 ]有限状态自动机(finite state automata)或有限状态机(finite state machine)，是一个 简单的数学模式，具有离散式输入的有限 ... 如表二所示的列表方式能够很方便地描述有限 状态机。对于表二所示的有限状态机而言，其集合为{S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6}，其输入 ...
www.cis.nctu.edu.tw/~is83039/discret/discrete83.html - 19k - 网页快照 - 类似网页



有限状态机理论联系实际要想深入学习有限状态机,请学习《形式语言与自动机理论》，该课程理论性很强，是计算机 软件与理论的基础。 ... 钱学森的《控制论》里面提到了有限状态机的问题，1978年出版 的，不过，他还论到，并非所有逻辑问题都可以用此方法解决。 ...
blog.joycode.com/sam1111/archive/2004/01/12/11302.aspx - 28k - 网页快照 - 类似网页


楼主 Google 一下 有限状态机 就是了 ...

[alucardpj]

http://blog.csdn.net/alucardpj/archive/2006/03/31/645876.aspx
我自己写的对有限状态自动机的归纳，献丑了。

[rickerliang]

对状态机非常有兴趣，而且也写过一些游戏，学习了

[rickerliang]

ox_thedarkness大哥，你的代码有问题啊，派生类函数hitTest少了个const
嘻嘻

[yuanchuang]

不懂帮顶……

[逸学堂]

lz看你编译原理，对你有帮助

[guokai1217]

推荐这个：[程序员杂志2004.8月刊_state模式和composite模式实现的状态机引擎]
http://www.contextfree.net/wangyw/source/oofsm.html

个人感觉状态机的几个不同实现阶段：
1、switch/case 最原始的实现方式,是很多的c程序员习惯采用的方式。

2、查找表[状态、事件、动作],稍微做了一点改进。有点类似MFC的雏形。

3、在以上基础上做的一些改进或者变体。
[比如用一个栈结构，激活的状态位于栈顶，自动的映射事件和动作的对应，再或者通过一些巧妙的宏等手段进行包装。但是线性结构在实际中使用比较受限、过于技巧性的宏比较难于理解...]

4、面向对象的设计下、灵活运用模式。如上面给出的链接。重用性和灵活性方面都有不错的表现。沿袭类似的设计思路、根据实际开发内容进行改造后利用。

[jasonhc]

To guokai1217:
非常感谢，你提供的这个模型非常好，可以用宏很方便的扩展状态和描述状态迁移表，而且也描述出了父类型和子类型之间的复杂的树型关系。代码很干净漂亮。

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