Lua 状态机

概述

Lua 状态机（HSM/FSM）将游戏逻辑拆分为离散状态，每个状态定义 enter/update/exit 回调；层次状态机（HSM）支持状态嵌套，子状态未处理的事件上浮父状态。

关键内容

基础有限状态机（FSM）

local StateMachine = {}
StateMachine.__index = StateMachine

function StateMachine.new(owner)
    return setmetatable({owner = owner, current = nil, states = {}}, StateMachine)
end

function StateMachine:add(name, state)
    -- state = {enter=fn, update=fn, exit=fn, transitions={event=nextName}}
    self.states[name] = state
end

function StateMachine:change(name, ...)
    if self.current and self.current.exit then
        self.current.exit(self.owner)
    end
    self.current = self.states[name]
    if self.current and self.current.enter then
        self.current.enter(self.owner, ...)
    end
end

function StateMachine:update(dt)
    if self.current and self.current.update then
        self.current.update(self.owner, dt)
    end
end

function StateMachine:handle(event, ...)
    if not self.current then return end
    local next = self.current.transitions and self.current.transitions[event]
    if next then
        self:change(next, ...)
        return true
    end
    return false
end

使用示例：敌人 AI

local enemy = {hp = 100}
local sm = StateMachine.new(enemy)

sm:add("idle", {
    enter = function(e) e.timer = 0 end,
    update = function(e, dt)
        e.timer = e.timer + dt
        if e.timer > 2 then sm:handle("patrol") end
    end,
    transitions = {patrol = "patrol", attack = "attack"},
})

sm:add("patrol", {
    update = function(e, dt) -- 巡逻逻辑  end,
    transitions = {attack = "attack", idle = "idle"},
})

sm:change("idle")  -- 初始化

-- 游戏主循环
sm:update(dt)
sm:handle("attack")  -- 外部事件触发状态转换

层次状态机（HSM）扩展

HSM 核心思想：状态可以有父状态。子状态 handle(event) 返回 false 时，事件向上冒泡到父状态处理。适合共享行为（如所有"移动中"状态共享"碰墙停止"逻辑）。

-- 在 handle 中加入父状态回退
function StateMachine:handle(event, ...)
    local state = self.current
    while state do
        local next = state.transitions and state.transitions[event]
        if next then
            self:change(next, ...)
            return true
        end
        state = state.parent  -- 上浮
    end
    return false
end

与事件总线集成

状态机 handle() 可直接连接 EventBus 事件，实现解耦触发：

EventBus.on("enemy_spotted", function(enemy)
    enemy.sm:handle("attack", enemy)
end)

设计建议

enter/exit 严格配对：每次 change 保证 exit 先于 enter 执行，不要在 update 中直接修改 current
转换表 vs 函数：简单 FSM 用声明式转换表（transitions = {}）；复杂条件判断改为 on_event 回调函数
状态数据独立：状态内部临时数据存 owner 上（e.timer），状态对象本身保持无状态（可复用）

常见陷阱

change 中再次 change：enter 回调内触发新的转换，可能导致 exit 调用顺序混乱；建议 change 加重入保护
update 遗漏 nil 检查：self.current 在 change 中短暂为 nil，并发或重入时可能触发 nil 调用

来源

raw/articles/programming/lua/lua-skill/SKILL.md — Lua 专家技能文档，scripts/state_machine.lua 层次状态机模板