Unity 运行机制

0.前言

状态模式是游戏开发中频繁应用的一种模式，它在以下情景中会被应用到

• 角色状态
• AI状态
• 账号登陆状态
• 场景状态
• 动画机状态

本篇主要采用游戏场景的转换作为示例，来说明状态模式在游戏开发中的应用。

1.场景的转换

在游戏开发中，通常都会设计多个场景，用来分离不同功能的执行，并且每次只有一个场景存在，常用的场景如下

• 登陆场景：用来负责显示游戏Logo、片头、玩家登陆和注册
• 主画面场景：用来选择游戏模式、商店入口、玩家信息、物品展示等
• 战斗场景：用来体验游戏的核心玩法

可以看到以上场景几乎存在于每一个游戏中，如果我们开发一套场景切换系统，是不是就可以达到代码复用的目的呢？

2.状态模式的定义

在GoF中的解释是：

让一个对象的行为随着内部状态的改变而变化，而该对象也是像换了类一样

说实话，笔者是看不太懂，那状态模式又是来解决什么问题的呢？

举个栗子来说明

一人对应多种状态，比如开心、伤心、激动、愤怒等，这些状态受外界的行为刺激产生变化。在传统的编程模式中，我们是用if else或者switch这样的条件判断语句来处理外界行为会导致哪种变化，当每产生一个新的状态时，我们都要增加或修改代码来应对需求变化，这违背了开闭原则，不利于程序扩展。

这时我们便需要状态模式，把判断逻辑抽离出来，放到一系列状态类中，这样既符合了开闭原则，又简化了臃肿的判断逻辑。

所以总结为人能看懂的版本：

对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

3.状态模式的结构

结构如图

• Context（状态拥有者）：持有状态属性的类，可以通过操作改变状态
• State（抽象状态类）：具体状态的抽象类，用来解除状态拥有者和具体状态之间的耦合，定义了一个接口用来封装状态拥有者中的状态对应的行为。
• ConcreteState（具体状态类）：继承自抽象状态类，用来实现特定状态下应该拥有的行为。

这里就简单介绍一下GoF中状态模式的结构，主要是为了方便对Unity版本实现的对比和理解，具体的实现方式网上和书上都有详细介绍，这里就不再介绍了。下面让我们来实现一个Unity版本的状态模式——游戏场景的转换。

4.Unity版本的状态模式——场景转换

首先介绍一下会使用到的类的作用

• GameLoop：游戏的主循环，继承自MonoBehavior，包含了游戏的初始化和循环更新操作，同时也是设置起始场景的地方。
• SceneStateController：场景状态的拥有者，对应上面说的Context（状态拥有者），执行场景转换的地方，在GameLoop中完成创建。
• SceneState：场景的抽象类，定义了场景转换和执行时所需的方法。
• StartState、MainMenuState、BattleState：分别对应了开始场景、主界面场景、战斗场景的具体实现类。

首先定义抽象类

// 场景状态抽象类
public abstract class SceneState
{
	// 状态名称
	private string m_StateName = "SceneState";
	public string StateName
	{
		get{ return m_StateName; }
		set{ m_StateName = value; }
	}

	// 状态拥有者
	protected SceneStateController m_Controller = null;
		
	// 构造
	public SceneState(SceneStateController Controller)
	{ 
		m_Controller = Controller; 
	}

	// 开始
	public virtual void StateBegin()
	{}

	// 結束
	public virtual void StateEnd()
	{}

	// 更新
	public virtual void StateUpdate()
	{}

	public override string ToString ()
	{
		return string.Format ("[I_SceneState: StateName={0}]", StateName);
	}

}

• StateBegin：在场景跳转成功后，利用这个方法通知类对象，执行该场景中需要加载的资源和游戏参数等设置。
• StateEnd：在场景被释放时，利用这个方法通知类对象，卸载不再使用的资源等操作。
• StateUpdate：这个方法用来执行循环逻辑，并且不必继承MonoBehaviour。
• m_StateName：可以在Debug时使用

定义开始状态类StartState

// 开始状态
public class StartState : SceneState
{
	public StartState(SceneStateController Controller):base(Controller)
	{
		this.StateName = "StartState";
	}

	// 开始
	public override void StateBegin()
	{
		// 可以在此进行游戏数据的加载和初始化等
	}

	// 更新
	public override void StateUpdate()
	{
		// 转换场景
		m_Controller.SetState(new MainMenuState(m_Controller), "MainMenuScene");
	}
			
}

定义主菜单状态MainMenuState

using UnityEngine.UI;

// 主菜单状态
public class MainMenuState : SceneState
{
	public MainMenuState(SceneStateController Controller):base(Controller)
	{
		this.StateName = "MainMenuState";
	}

	// 开始
	public override void StateBegin()
	{
		// 取得开始按钮
		Button tmpBtn = UITool.GetUIComponent<Button>("StartGameBtn");
		if(tmpBtn!=null)
			tmpBtn.onClick.AddListener( ()=> OnStartGameBtnClick(tmpBtn) );
	}
			
	// 开始战斗
	private void OnStartGameBtnClick(Button theButton)
	{
		//Debug.Log ("OnStartBtnClick:"+theButton.gameObject.name);
		m_Controller.SetState(new BattleState(m_Controller), "BattleScene" );
	}

}

定义战斗状态BattleState

// 战斗状态
public class BattleState : SceneState
{
	public BattleState(SceneStateController Controller):base(Controller)
	{
		this.StateName = "BattleState";
	}

	// 开始
	public override void StateBegin()
	{
		PBaseDefenseGame.Instance.Initinal();
	}

	// 結束
	public override void StateEnd()
	{
		PBaseDefenseGame.Instance.Release();
	}
			
	// 更新
	public override void StateUpdate()
	{	
		// 游戏逻辑
		PBaseDefenseGame.Instance.Update();
		// Render由Unity負責

		// 游戏是否结束
		if( PBaseDefenseGame.Instance.ThisGameIsOver())
			m_Controller.SetState(new MainMenuState(m_Controller), "MainMenuScene" );
	}
}

定义场景状态控制者SceneStateController

using UnityEngine;
using System.Collections;
using UnityEngine.SceneManagement;

// 场景状态控制者
public class SceneStateController
{
	private SceneState m_State;	
	private bool 	m_bRunBegin = false;
	
	public SceneStateController()
	{}

	// 设定状态
	public void SetState(SceneState State, string LoadSceneName)
	{
		//Debug.Log ("SetState:"+State.ToString());
		m_bRunBegin = false;

		// 载入场景
		LoadScene( LoadSceneName );

		// 通知前一个State結束
		if( m_State != null )
			m_State.StateEnd();

		// 设定
		m_State=State;	
	}

	// 载入
	private void LoadScene(string LoadSceneName)
	{
		if( LoadSceneName==null || LoadSceneName.Length == 0 )
			return ;
        SceneManager.LoadSceneAsync(LoadSceneName);
	}

	// 更新
	public void StateUpdate()
	{
		// 是否還在載入
		if( Application.isLoadingLevel)
			return ;

		// 通知新的State開始
		if( m_State != null && m_bRunBegin==false)
		{
			m_State.StateBegin();
			m_bRunBegin = true;
		}

		if( m_State != null)
			m_State.StateUpdate();
	}
}

SceneStateController类中有一个SceneState成员，用来代表当前游戏场景的状态。在SetState方法中，实现了转换场景状态的功能。

至于Update方法中，会先判断是否载入完成，成功之后才会调用当前游戏状态的StateBegin方法来初始化游戏场景的状态。

与游戏主循环结合GameLoop

using UnityEngine;
using System;
using System.Collections;

// 游戏主循环
public class GameLoop : MonoBehaviour 
{
	// 场景状态持有者
	SceneStateController m_SceneStateController = new SceneStateController();

	// 
	void Awake()
	{
		// 保证场景切换时不会被删除
		GameObject.DontDestroyOnLoad( this.gameObject );		 
	}

	// Use this for initialization
	void Start () 
	{
		// 设定起始场景
		m_SceneStateController.SetState(new StartState(m_SceneStateController), "");
	}

	// Update is called once per frame
	void Update () 
	{
		m_SceneStateController.StateUpdate();	
	}
}

到此整个场景转换状态模式的实现已经完成了

5.使用方法

随着项目进行到后期，如果我们想增加新的功能，并且在当前提供的场景中无法实现，我们就可以使用新的场景来完成，并且在现有的架构下，我们只需要做以下几步就可以

• 增加一个新的场景
• 加入新场景对应的状态类，并实现相关功能
• 决定从哪个场景可以跳转到新的场景
• 觉得从新场景结束后可以跳转回哪个场景

就代码修改而言，只会新增一个类，并且只会修改一个现有的游戏状态，让其可以按照功能需求跳转到新的场景即可。

6.总结

这篇文章里，我们使用状态模式完成了场景切换的功能，虽然并不是十分完美，但是相比于传统的逻辑判断，已经算是比较好的设计了。在实际开发中，若多种设计模式互相配合，会得到更完美的设计。

在我看来，状态模式使用了中间层“抽象类”完成了判断逻辑之间的解耦，满足了开闭原则，使原本臃肿的判断类变成了利于维护和扩展的架构。

如果使用Unity中的Animator动画状态机来类比状态模式的概念或许大家会更直观：

Animator是状态持有者，里面拥有很多个状态。

每个状态之间都可以连线，这个连线是在各个状态之间产生的，这也就是状态模式所说的内部改变状态。

每个状态之间都可以添加转换条件，当达到条件的时候便进行状态切换，也就是在状态内部设置了转换条件。

让我们来聚焦于主界面场景到战斗场景之间的状态转换

using UnityEngine.UI;

// 主菜单状态
public class MainMenuState : SceneState
{
	public MainMenuState(SceneStateController Controller):base(Controller)
	{
		this.StateName = "MainMenuState";
	}

	// 开始
	public override void StateBegin()
	{
		// 取得开始按钮
		Button tmpBtn = UITool.GetUIComponent<Button>("StartGameBtn");
		if(tmpBtn!=null)
			tmpBtn.onClick.AddListener( ()=> OnStartGameBtnClick(tmpBtn) );
	}
			
	// 开始战斗
	private void OnStartGameBtnClick(Button theButton)
	{
		//Debug.Log ("OnStartBtnClick:"+theButton.gameObject.name);
		m_Controller.SetState(new BattleState(m_Controller), "BattleScene" );
	}

}

不难看出连线发生在SetState方法，是MainMenuState和BattleState之间的连线。而触发条件就是当按钮点击。