Cocos2d 游戏状态机（FSM）设计与实现

1. 引言

2. 技术背景

• 有限状态机（FSM）：由状态集合、事件集合、转换函数和动作组成
• Cocos2d-x：开源 2D 游戏引擎，提供节点树、调度器和事件系统
• 应用场景：角色 AI、UI 交互、游戏流程控制

3. 应用使用场景

4. 核心特性

class FSM {
public:
    void addState(State* state);       // 添加状态
    void setCurrentState(State* state); // 设置当前状态
    void transition(Event event);      // 触发状态转换
    void update(float dt);             // 状态更新
};

5. 原理流程图

graph LR
    A[当前状态] -->|事件触发| B{转换条件}
    B -->|条件满足| C[新状态]
    B -->|条件不满足| A
    C --> D[执行进入动作]
    D --> E[执行状态逻辑]

6. 环境准备

1. 安装 Cocos2d-x v4.0+
2. 配置开发环境（VS/Android Studio/Xcode）
3. 创建空项目：cocos new FSMGame -l cpp

7. 代码实现

状态基类

// State.h
#pragma once
#include "cocos2d.h"

class State : public cocos2d::Ref {
public:
    virtual void enter() = 0;     // 进入状态时调用
    virtual void execute(float dt) = 0; // 状态逻辑更新
    virtual void exit() = 0;      // 退出状态时调用
    virtual bool onEvent(int eventId) = 0; // 事件处理
};

具体状态实现

// PlayerIdleState.h
#include "State.h"

class PlayerIdleState : public State {
public:
    CREATE_FUNC(PlayerIdleState);
    bool init() override { return true; }
    
    void enter() override {
        CCLOG("Enter Idle State");
        // 播放待机动画
    }
    
    void execute(float dt) override {
        // 检测移动输入
    }
    
    void exit() override {
        CCLOG("Exit Idle State");
    }
    
    bool onEvent(int eventId) override {
        if(eventId == EVENT_MOVE) {
            return true; // 允许转换到移动状态
        }
        return false;
    }
};

状态机核心

// FSM.h
#include <map>
#include "State.h"

class FSM : public cocos2d::Ref {
public:
    static FSM* create(cocos2d::Node* owner);
    bool init(cocos2d::Node* owner);
    
    void addState(int stateId, State* state);
    void setCurrentState(int stateId);
    void transition(int eventId);
    void update(float dt);

private:
    cocos2d::Node* _owner;
    std::map<int, State*> _states;
    State* _currentState = nullptr;
    int _currentStateId = -1;
};

// FSM.cpp
#include "FSM.h"

FSM* FSM::create(cocos2d::Node* owner) {
    auto fsm = new FSM();
    if(fsm && fsm->init(owner)) {
        fsm->autorelease();
        return fsm;
    }
    CC_SAFE_DELETE(fsm);
    return nullptr;
}

bool FSM::init(cocos2d::Node* owner) {
    _owner = owner;
    return true;
}

void FSM::addState(int stateId, State* state) {
    _states[stateId] = state;
}

void FSM::setCurrentState(int stateId) {
    if(_currentState) {
        _currentState->exit();
        _currentState->release();
    }
    
    _currentState = _states[stateId];
    _currentStateId = stateId;
    _currentState->retain();
    _currentState->enter();
}

void FSM::transition(int eventId) {
    if(!_currentState || !_currentState->onEvent(eventId)) 
        return;
    
    // 实际项目中需定义转换规则表
    int nextState = calculateNextState(_currentStateId, eventId);
    setCurrentState(nextState);
}

void FSM::update(float dt) {
    if(_currentState) {
        _currentState->execute(dt);
    }
}

8. 实际使用示例

// Player.cpp
#include "Player.h"
#include "FSM.h"
#include "PlayerStates.h"

bool Player::init() {
    if(!Sprite::initWithFile("player.png")) 
        return false;
    
    // 初始化状态机
    _fsm = FSM::create(this);
    _fsm->addState(STATE_IDLE, PlayerIdleState::create());
    _fsm->addState(STATE_WALK, PlayerWalkState::create());
    _fsm->setCurrentState(STATE_IDLE);
    
    // 注册事件监听
    auto listener = EventListenerKeyboard::create();
    listener->onKeyPressed = [=](EventKeyboard::KeyCode key, Event*) {
        if(key == EventKeyboard::KeyCode::KEY_W) {
            _fsm->transition(EVENT_MOVE);
        }
    };
    _eventDispatcher->addEventListenerWithSceneGraphPriority(listener, this);
    
    // 每帧更新状态
    scheduleUpdate();
    return true;
}

void Player::update(float dt) {
    _fsm->update(dt);
}

9. 运行结果

Enter Idle State
[按下W键]
Exit Idle State
Enter Walk State
[松开W键]
Exit Walk State
Enter Idle State

10. 测试步骤

1. 创建玩家精灵并设置位置
2. 按 W 键触发移动状态
3. 松开按键返回待机状态
4. 添加攻击状态测试组合键

11. 部署场景

• 移动端：打包为 APK/IPA
• PC端：Windows/Mac 可执行文件
• Web：通过 Emscripten 编译为 JavaScript

12. 疑难解答

13. 未来展望

1. 可视化编辑器：拖拽式状态机设计工具
2. AI 增强：强化学习自动生成状态转换
3. 跨平台同步：云端保存状态配置

14. 技术趋势与挑战

15. 总结

1. 解耦游戏对象行为与状态逻辑
2. 提升代码可读性和可维护性
3. 支持复杂行为组合
4. 为 AI 系统奠定基础

完整项目地址：https://github.com/example/cocos2d-fsm-demo

扩展建议：集成行为树库（如 BehaviorTree.CPP）实现混合架构