如何用C++实现一个有限状态机（FSM）？C++游戏AI与协议解析【设计模式】-C++-PHP中文网

如何用C++实现一个有限状态机（FSM）？C++游戏AI与协议解析【设计模式】

穿越時空

发布： 2025-12-16 15:15:06

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用类封装状态与转移逻辑最直观，如游戏AI中“巡逻”“追击”“逃跑”各实现enter/update/exit/transitionTo；协议解析可用枚举+函数指针或std::function轻量跳转；模板元编程可做编译期状态转移合法性检查；需注意幂等性、粘包处理及共享上下文。

如何用c++实现一个有限状态机（fsm）？c++游戏ai与协议解析【设计模式】

用类封装状态与转移逻辑

最直观的方式是为每个状态定义一个类，让状态自己管理行为和转移条件。比如游戏AI中“巡逻”“追击”“逃跑”三个状态，各自实现 enter()、update()、exit() 和 transitionTo() 方法。FSM 主控制器持有一个指向当前状态的指针（如 std::unique_ptr），每次更新时调用 current->update()，状态内部根据游戏数据决定是否返回新状态对象 —— 若返回，主控就接管所有权并调用旧状态的 exit() 和新状态的 enter()。

用枚举+函数指针或 std::function 实现轻量级跳转

适合协议解析等状态数量固定、逻辑较扁平的场景。先定义状态枚举：enum class ParseState { Idle, ReadingHeader, ReadingPayload, Done }; 再用 std::map> 或 switch-case 绑定每个状态的行为。关键在于把“读到某字节后该进哪个状态”写成查表逻辑，例如：

在 ReadingHeader 中，解析出 payload 长度后，直接赋值 state = ParseState::ReadingPayload
每轮循环只执行当前状态对应函数，不嵌套、不递归，避免栈溢出
错误处理统一设为 state = ParseState::Idle 并清空缓冲区

用模板元编程做编译期状态检查（进阶）

如果状态流转规则严格且不变（如通信协议 RFC 明确规定不允许从 StateA 直接跳 StateC），可用模板参数约束转移合法性。例如定义 template struct CanTransition; 特化允许的组合，状态切换时用 static_assert(CanTransition::value, "Invalid state transition");。这样非法跳转在编译期报错，比运行时断言更安全，适合车载、航天等高可靠性场景。

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避免常见坑：状态残留与事件丢失

游戏AI中常因帧率波动导致 update() 被跳过多次，状态行为没执行完就切走了；协议解析则可能因 TCP 粘包，一次 recv() 包含多个完整消息，但 FSM 只处理了第一个就停了。解决方法：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

状态的 update() 必须是幂等的，或带内部步进计数器（如“已读 header 3 字节”）
协议解析用 while 循环反复 dispatch，直到输入缓冲区不足以触发下一次状态转移
所有状态共享一个上下文结构体（如 struct Context { std::vector buf; int payload_len; ... };），避免用全局变量或裸指针传参

基本上就这些。不复杂但容易忽略细节。

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