c# 状态机实现
c#仿boost statechart的状态机。去年转到unity使用c#,statechart原来的风格蛮爽的,缺点是编译忒慢,在c#则编译根本不是问题。
不一样的地方首先是简单!因为没做一些东西如region。其次是每个状态是持久存在的,不像boost statechart当transit时重建。所以entry,exit自己管一下清理。
重入时不包括双方最近的共同outer state,个人喜好。
这不是一个快速的状态机,在它该用的地方保证很爽就是了。不该用的地方比如字符匹配就不要用了。
最近想实现一下行为树,但重新回顾这个状态机,我发现就AI来说,2者其实并无什么质变。该状态机如果实现动态的树结构,那其实就是另一个变异的行为树了。
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic; namespace StateChart
{
public enum EResult
{
None,
Forward,
Resume,
Defered,
} public enum EHistory
{
Shallow,
Deep,
} public abstract class IEvent { public Type type { get { return GetType(); } } } public delegate void Reaction<T>(T fsm);
public delegate EResult Reaction<U, T>(U fsm, T evt);
interface IReaction {
EResult Execute<FSM, EVENT>(FSM fsm_, EVENT evt);
}
public class CReaction<FSM, EVENT> : IReaction {
Reaction<FSM, EVENT> reaction;
public CReaction(Reaction<FSM, EVENT> reaction_) { reaction = reaction_; }
public EResult Execute<F, E>(F fsm_, E evt)
{ return reaction((FSM)(object)fsm_, (EVENT)(object)evt); }
} public abstract class IState<FSM> where FSM : IStateMachine<FSM>
{
public Type type { get { return GetType(); } }
public EHistory History { get; set; }
public Reaction<FSM> Entry { get; set; }
public Reaction<FSM> Exit { get; set; } //could calc on runtime, but we need more fast spped this time.
public int Depth { get; set; }
public IState<FSM> OuterState { get; set; }
public IState<FSM> ActiveState { get; set; } Dictionary<Type, IReaction> reactions = new Dictionary<Type, IReaction>();
Dictionary<Type, Type> transitions = new Dictionary<Type, Type>();
List<IState<FSM>> subStates = new List<IState<FSM>>(); IState<FSM> initState = null;
public IState<FSM> InitState
{
get
{
if (initState == null)
if (subStates.Count > )
initState = subStates[];
return initState;
}
set { initState = value; }
} public IState(IState<FSM> ostate)
{
History = EHistory.Shallow;
OuterState = ostate;
if (OuterState != null) OuterState.AddSubState(this);
} public IState(IState<FSM> ostate, EHistory history_)
{
OuterState = ostate;
History = history_;
if (OuterState != null) OuterState.AddSubState(this);
} public void DoEntry(FSM fsm_)
{
//UnityEngine.Debug.Log("Entry: " + type.ToString());
Console.WriteLine("Entry: " + type.ToString());
if (Entry != null) Entry(fsm_);
else OnEntry(fsm_);
}
public void DoExit(FSM fsm_)
{
//UnityEngine.Debug.Log("Exit : " + type.ToString());
Console.WriteLine("Exit : " + type.ToString());
if (Exit != null) Exit(fsm_);
else OnExit(fsm_);
} protected virtual void OnEntry(FSM fsm_) { }
protected virtual void OnExit(FSM fsm_) { } public EResult Process<EVENT>(FSM fsm_, EVENT evt) where EVENT : IEvent
{
IReaction reaction = null;
bool hasit = reactions.TryGetValue(evt.type, out reaction);
if (!hasit) return EResult.Forward;
return reaction.Execute<FSM, EVENT>(fsm_, evt);
} public void Bind<EVENT>(Reaction<FSM, EVENT> reaction) where EVENT : IEvent
{
if (transitions.ContainsKey(typeof(EVENT)))
throw new System.InvalidOperationException();
IReaction ireaction = new CReaction<FSM, EVENT>(reaction);
reactions.Add(typeof(EVENT), ireaction);
} public void Bind<EVENT, TSTATE>()
where EVENT : IEvent
where TSTATE : IState<FSM>
{
if (reactions.ContainsKey(typeof(EVENT)))
throw new System.InvalidOperationException();
transitions.Add(typeof(EVENT), typeof(TSTATE));
} public void AddSubState(IState<FSM> sstate)
{
IState<FSM> state = subStates.Find((x) => x.type == sstate.type);
if (state != null) return;
subStates.Add(sstate);
} public IEnumerable<IState<FSM>> IterateSubState()
{
foreach (IState<FSM> state in subStates)
yield return state;
}
}
}
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic; namespace StateChart
{ public abstract class IStateMachine<HOST> where HOST : IStateMachine<HOST>
{
Dictionary<Type, IState<HOST>> typeStates = new Dictionary<Type, IState<HOST>>();
List<IState<HOST>> activeStates = new List<IState<HOST>>();
Queue<IEvent> eventQueue = new Queue<IEvent>();
IState<HOST> outestState = null;
bool bSuspend = false; public IStateMachine() { } public void Init(IState<HOST> state)
{
IState<HOST> pstate = state; //add outer states
while (pstate.OuterState != null) {
pstate.OuterState.ActiveState = pstate;
activeStates.Add(pstate);
pstate = pstate.OuterState;
}
activeStates.Add(pstate);
outestState = pstate; //build global type-to-state table
BuildStateTable(outestState, ); //add init sub states
pstate = state;
while (pstate.InitState != null) {
pstate.ActiveState = pstate.InitState;
pstate = state.InitState;
if(pstate != null) activeStates.Add(pstate);
} activeStates.Sort((x, y) => x.Depth - y.Depth);
foreach (IState<HOST> astate in activeStates) {
astate.DoEntry((HOST)this);
}
} void BuildStateTable(IState<HOST> state, int depth_)
{
if (state == null) return;
state.Depth = depth_;
typeStates.Add(state.type, state);
foreach (IState<HOST> sstate in state.IterateSubState()) {
BuildStateTable(sstate, depth_ + );
}
} EResult Transit(IState<HOST> state)
{
IState<HOST> lstate = null; lstate = outestState;
while (lstate.ActiveState != null) { // we could save it if state tree is too high.
lstate = lstate.ActiveState;
} IState<HOST> rstate = state;
if (state.History == EHistory.Shallow)
while (rstate.InitState != null)
rstate = state.InitState;
else
while (rstate.ActiveState != null)
rstate = rstate.ActiveState; IState<HOST> ltail = lstate; //save tail of active states
IState<HOST> rtail = rstate; //save tail of init states int dis = lstate.Depth - rstate.Depth;
if (dis > )
{ IState<HOST> tstate = lstate; lstate = rstate; rstate = tstate; } //rstate will be deepest state dis = Math.Abs(dis);
for (int i = ; i < dis; i++) {
rstate = rstate.OuterState;
}
if (rstate == lstate) //is family
return EResult.None;
do
{ //find nearest outer state
rstate = rstate.OuterState;
lstate = lstate.OuterState;
} while (lstate != rstate); do // call exit chain
{
ltail.DoExit((HOST)this);
ltail = ltail.OuterState;
} while (ltail != lstate); //add tail chain active states
activeStates.RemoveRange(rstate.Depth + , activeStates.Count - rstate.Depth - );
do
{
activeStates.Add(rtail);
lstate = rtail;
rtail = rtail.OuterState;
rtail.ActiveState = lstate;
} while (rtail != rstate); // do entry chain
while (rstate.ActiveState != null)
{
rstate = rstate.ActiveState;
rstate.DoEntry((HOST)this);
} activeStates.Sort((x, y) => x.Depth - y.Depth);
return EResult.None;
} public EResult Transit(Type stateType)
{
IState<HOST> state = null;
if (!typeStates.TryGetValue(stateType, out state))
return EResult.None;
return Transit(state);
} public EResult Transit<TSTATE>()
{ return Transit(typeof(TSTATE)); } public void Process<EVENT>(EVENT evt) where EVENT : IEvent
{
if (bSuspend) return; eventQueue.Enqueue(evt);
int eventCount = eventQueue.Count;
while (eventCount > ){
eventCount--;
IEvent pevent = eventQueue.Dequeue();
foreach (IState<HOST> state in activeStates)
if (bSuspend || state.Process((HOST)this, pevent) == EResult.None)
break;
}
} public void PostEvent<EVENT>(EVENT evt) where EVENT : IEvent
{
if (bSuspend) return;
eventQueue.Enqueue(evt);
} public void Suspend()
{ bSuspend = true; }
public void Resume()
{ bSuspend = false; }
}
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