2024年3月10日发(作者：)

利用有限状态栅重构ＸＮＡ游对　

广ｇ，ｉ１大学华软软件学院刘生建袁冠远　

［摘要］在ｗｉｎｄ０ｗｓ系统上开发游戏一般要求开发者不仅要掌握ｃ＋＋语言、Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＳＤＫ，还要了解ＤｉｒｅｃｔＸ、人工智能技术等，这　

往往造成较高的游戏开发门槛。随着微软ｘＮＡ框架的推出，越来越多的开发者可以快速推出自己的游戏作品，但是正因为这个框　

架很容易上手，也导致了很多游戏初学者虽然实现了游戏的功能，但是代码的组织较为混乱。本文从实际的教学经验中总结了如何　

利用有限状态机原理重构ＸＮＡ游戏的一些思路。　

［关键词］游戏ＸＮＡ重构　有限状态机（ＦＳＭ）　

１．传统的游戏编程思想　

ｃ｝｝做传统的桌面商业应用程序一般采用事件驱动的方法，代码比　

较清晰。而做过游戏编程的人都知道，在游戏编程中因为效率原因一　

般不直接采用事件驱动的开发方法，而采用循环查询为主的处理方法，　

现状态的处理和迁移。　

３．简单的ＸＮＡ状态机实现　

借助ｃ＃强大的语言表达能力，我们可以轻松的实现游戏或者精灵　

的状态控制。为了今后更好的复用该设计模式，我们可利用ｃ＃的泛型　

程序主体伪代码如下：　

ｗｈｉｌｅ（没有主动退出＆＆没有失败）ｆ　

Ｕｐｄａｔｅ（ｔｉｍｅ）；／／更新系统状态　

Ｄｒａｗ（ｔｉｍｅ）；／／根据状态刷新屏幕　

）　

初学者的Ｕｐｄａｔｅ代码往往包含了游戏的所有逻辑处理，我们简化　

示意如下：　

ｖｏｉｄ　ｕｐｄａｔｅ（ＤａｔｅＴｉｍｅ　ｄｅｌｔａ）（　

输人检查；　／／根据玩家操作改变角色的位置等　

人Ｔ智能处理；／／根据时间改变怪物精灵的位置、速度、魔法值、　

能量值等　

ｓｗｉｔｃｈ（游戏状态）ｆ　

ｃａｓｅ选关：　

Ｉｆ（确认）ｓｔａｔｅ＝运行；　

ｂｒｅａｋ；　

ｅａｓｅ运行：　

Ｉｆ（按下暂停键）ｓｔａｔｅ＝暂停；　

Ｉｆｆ超时）ｓｔａｒｅ＝失败：　

ｂｒｅａｋ；　

ｃａｓｅ暂停：　

Ｉｆ（按下恢复键）ｓｔａｔｅ＝运行；　

ｂｒｅａｋ；　

ｃａｓｅ失败：　

Ｉｆ（继续）ｓｔａｔｅ＝选关；　

ｅｌｓｅ退　：　

ｂｒｅａｋ；　

】　

）　

Ｄｒａｗ方法与Ｕｐｄａｔｅ比较对应，本例子中也是根据状态画出不同的　

屏幕，比如选关状态画　游戏的可选关卡及操作方法提示，而运行中状　

态则画出游戏背景及宝藏、游戏中玩家控制的角色精灵（ｈｅｒｅ）及若干非　

玩家控制的怪物精灵（ＮＰＣｓ），这个例子中未展开输入检查及人工智能　

处理的代码，可以预见也是很多个判断分支组成的代码。随着游戏逻　

辑的不断增加，这样的代码就会迅速变得十分臃肿，难以阅读维护。　

２．利用有限状态机的思想来改进代码　

在日常生活中有很多事物都只有有限的几种状态，比如家里的电　

灯，大楼里的电梯等，电灯有一个开关按钮可以改变其状态，电灯的状　

态可以通过图１的示意图来直观展示。同样在游戏中，也可以使用类　

似的状态迁移图来表示游戏的状态变化及玩家角色的状态变化，再根　

据状态图完成相应的编码。　

图ｌ电灯的状态迁移图　

一

种最简单的有限状态机包含ＦＳＭ类来代表有限状态机、ＦＳＭＳｔａｔｅ　

代表状态类，开发者可以继承出各种具体状态类，在状态类中实现数据　

封装及相应的条件跳转来切换到新的状态　。运行时先创建一个ＦＳＭ　

实例并设置它的　前状态为初始状态，之后就在游戏循环中不断调用　

ＦＳＭ的ｕｐｄａｔｅ方法，而该方法最终调用当前状态的Ｕｐｄａｔｅ方法，从而实　

————

２８６－－——　

表示，首先设计一个所有的状态类Ｓｔａｔｅ　

ｐｕｂｌｉｃ　ｃｌａｓｓ　Ｓｔａｔｅ＜Ｔ＞｛／／Ｔ类型的状态　

ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　ＳｐｒｉｔｅＦｏｎｔ　ｍ　ｆｏｎｔ；，／用该字体往屏幕上绘制英文文字　

ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　ＫｅｙｂｏａｒｄＳｔａｔｅ　ｍ

＿

ｋｅｙｂｏａｒｄＳｔａｔｅ；／／用该状态查询玩家　

的按键　

ｐｕｂｌｉｃ　ｖｉｒｔｕａｌ　Ｖｏｉｄ　Ｅｎｔｅｒ（Ｔ　ｏｗｎｅｒ）｛／／进入此状态时被调用　

）　

，／帧处理函数，ｏｗｎｅｒ代表状态的主体　

ｐｕｂｌｉｃ　ｖｉｔｒｕａｌ　ｖｏｉｄ　Ｅｘｅｃｕｔｅ（Ｔ　ｏｗｎｅｒ，ＧａｍｅＴｉｍｅ　ｇａｍｅＴｉｍｅ）（　

ｊ　

／／帧绘制函数，ｏｗｎｅｒ代表状态的主体　

ｐｕｂｌｉｃ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｖｏｉｄ　Ｄｒａｗ（Ｔ　ｏｗｎｅｒ，ＧａｍｅＴｉｍｅ　ｇａｍｅＴｉｍｅ）｛　

）　

ｐｕｂｌｉｃ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｖｏｉｄ　Ｅｘｉｔ（Ｔ　ｏｗｎｅｒ）｛／／离开此状态时被调用　

１　

｝　

以上的状态祖先类十分简单，实际使用时要创建相应的派生状态　

类才可使用。通常游戏本身是有状态的，大部分精灵也是有状态的。　

尤其是人丁智能控制的ＮＰＣ，利用状态来控制会让代码变得比较清　

晰。下面就以游戏的状态来实例，本例子中我们设定一个状态是选荚，　

另一个状态是运行游戏，相应的状态类如下所示：　

ｐｕｂｌｉｃ　ｃｌａｓｓ　Ｍｅｎｕ：ｓｔａ　＜ＭｙＧａｍｅ＞｛／／选关的状态　

ｐｕｂｌｉｃ　ｏｖｅｒｒｉｄｅ　ｖｏｉｄ　Ｅｎｔｅｒ（ＭｙＧａｍｅ　ｏｗｎｅｒ）（　

ｉｆ（ｍ＿ｆｏｎｔ＝＝ｎｕｌ１）／／此处加载字体只是在屏幕上绘制调试信　

息　

ｎｌ

～

ｆｏｎｔ＝ｏｗｎｅｒ．Ｃｏｎ［ｅｎｔ．Ｌｏａｄ＜Ｓｐｒｉｔｅｆ’０ｎｔ＞ｆ＠”ｆｏｎｔｓ＼ｓｃｏｒｅ”１；　

Ｃｏｎｓｏｌｅ．ＷｒｉｔｅＬｉｎｅ（”Ｅｎｔｅｒ　Ｍｅｎｕ”）；　

｝　

ｐｕｂｌｉｃ　ｏｖｅｒｒｉｄｅ　ｖｏｉｄ　Ｅｘｉｔ（ＭｙＧａｍｅ　ｏｗｎｅｒ）　｛　

Ｃｏｎｓｏｌｅ．ＷｒｉｔｅＬｉｎｅ（”Ｅｘｉｔ　Ｍｅｎｕ”）；　

）　

ｐｕｂｌｉｃ　ｏｖｅｒｒｉｄｅ　ｖｏｉｄ　Ｅｘｅｃｕｔｅ（ＭｙＧａｍｅ　ｏｗｎｅｒ，Ｇａｍｅ　１’ｈｎｅ　ｇａｍｅ－　

Ｔｉｍｅ）（　

ｍ

ｋｅｙｂｏａｒｄＳｔａｔｅ＝Ｋｅｙｂｏａｒｄ．ＧｅｔＳｔａｔｅ０；／／获取键盘状态　

汀（ｍ—ｋｅｙｂｏａｒｄＳｔａｔｅ．ＩｓＫｅｙＤｏｗｎ（Ｋｅｙｓ．Ｕｐ））｛／／￣ｖ　Ｅ箭头　

ｏｗｎｅｒ．Ｌｅｖｅｌ＝ｏｗｎｅｒ．Ｌｅｖｅｌ一１；，／关卡减１　

）　

ｉｆ（ｍ—ｋｅｙｂｏａｒｄＳｔａｔｅ．ＩｓＫ　ｙＤ０ｗｎ（Ｋ　ｙｓ．Ｄｏｗｎ））（　

ｏｗｎｅｒ．１　ｅｖｅｌ＝ｏｗｎｅｒ．Ｌｅｖｅｌ＋１　ｉｌｌ关卡增１　

｝　

ｉｆ（ｍ＿ｋｅｙｂｏａｒｄＳｔａｔｅ．ＩｓＫｅｙＤ０ｗｎ（Ｋｅｙｓ．Ｅｎｔｅｒ））（　

ｏｗｎｅｒ．ＧａｍｅＳｔａｔｅ：ｎｅｗ　ＰＩａｙ０；，，按下回车进入运行状态　

）　

ｐｕｂｌｉｃ　ｏｖｅｒｒｉｄｅ　ｖｏｉｄ　Ｄｒａｗ（ＭｙＧａｍｅ　ｏｗｎｅｒ，ＧａｍｅＴｉｍｅ　ｇａｍｅ　Ｆｉｍｅ）　

｛　

ｓｔｒｉｎｇ　ｍｓｇ　Ｓｔｒｉｎｇ．Ｆｏｒｍａｔ（”Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｌｅｖｅｌ：｛Ｏ｝”，ｏｗｎｅｒ．Ｌｅｖｅ１）；　

ｏｗｎｅｒ．ＳｐｒｉｔｅＢａｔｃｈ．ＤｒａｗＳｔｒｉｎｇ（ｍ　ｆｏｎｔ，ｍｓｇ，ｎｅｗ　Ｖｅｃｔｏｒ２（１０，　

１０１　ｃｏ１ｏｒ．Ｇｎｌｄｅｎｒｏｄ）；／／绘制当前关卡信息　

，／绘制操作提示　

ｏｗｎｅｒ．ＳｐｒｉｔｅＢａｔｃｈ．ＤｒａｗＳｔｒｉｎｇ（ｍ　ｆｏｎｔ，”ｃｈａｎｇｅ　ｌｅｖｅｌ（ＵｐｌＤｏｗｎ）　

”

，

ｎｅｗ　Ｖｅｃｔｏｒ２（１０，ｌＯＯ），Ｃｏｌｏｒ．Ａｚｕｒｅ）；　

ｏｗｎｅｒ．ＳｐｒｉｔｅＢａｔｅｈ．ＤｒａｗＳｔｉｒｎｇ（ｍ＿ｆｏｎｔ　”ＯＫ（Ｅｍｅｒ）”，ｎｅｗ　Ｖｅｃ－　

ｔｏｒ２（１０，１　４０），Ｃｏｌｏｒ．ＢｌｕｅＶｉｏｌｅｔ）；　

１　（下转第２８８页）　

议　

２．２　２安全认证服务器　

安全认证服务器运行在网络环境下，集中控制所有用户对网络的　

访问，同时提供认证、授权和审计服务。　

使用者在进行身份认证时，仅需要输入用户名和由电子令牌产生　

的“动态口令”。通过安全认证代理强制执行安全口令策略机制，将认　

汪信息送安全认证服务器端调用同步信任认证算法模块对“动态口令”　

进行认证，保证认证过程的完成。　

２．２３安全认证代理　

◆采用双因素（静态口令及动态口令双因素）身份认证技术和一次　

性认证原则，保证一次一密。　

◆可支持ＴＡＣＡＣＳ和ＲＡＤＩＵＳ远程拨号访问认证协议，允许用户进　

行远程拨号访问。　

◆用户的重要信息（如口令）均以变换形式在存储设备中存储或存　

信道中传输。　

◆客户端提供认证ＡＰＩ开发接口，包括Ｃ、ＶＣ、ＶＢ、Ｆ（．ｘＰ“，、ＰＯＷ—　

ＥＲＢＵＩＬＤＥＲ等各种软件开发接口。可以非常方便地嵌入原应　系统，　

无需添加额外的访问设备。　

安全认证代理是安全认证服务器的客户端，是企业网络中任何需　

要受保护的认证资源。安全认证代理在系统中就像一个“安全哨兵”。　

更特别的是：对Ｗｅｂ来说，一个安全认证代理是用来保护Ｗｅｂ服务器的　

安全软件，并且被ＴＣＰ／ＩＰ网络连接到运行着的安全认证服务器上，这就　

为Ｗｅｂ服务器提供了身份认证服务。Ｔ安全认证代理是动态口令Ｗｅｂ　

的职能关键之处，因为安全认证代理直接被安装在Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ层上，并　

且强制执行安全策略。　

当用户试图进入被安全认证代理保护的资源时，用户马上被要求　

输入其有效的身份证明，即ＰＩＮ码和从动态口令卡中产生的动态口　

令。这些数据通过ＳＳＬ传送到安全认证服务器上，在那里验证输入的　

ＰＩＮ和动态口令是否有效。被授权的林果动态口令用户很容易就可进　

入，而未被授权的人则被拒绝进入受保护的Ｗｅｂ服务器。　

安全认汪代理保护Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ所选定的页面和目录。在Ｗｅｂ　

Ｓｅｒｖｅｒ的目录和文件启动代理软件后，所有试图访问这　被保护的Ｗｅｂ　

页而的用户，需ｆ｝｛示动态口令令牌码。只有这些Ｓｅｒｖｅｒ数据库巾注册　

了的用户才能访问受林果动态口令保护的页面．　冈此，既可以把网站　

作为公　资源提供给所有用户，也可以把它作为高机密网站来给可信　

任刖户发送保密信息。　

安伞认证代婵对如下Ｗｅｂ平台提供林果动态ｌ＿＝Ｉ令保护：　

一安全认证代理ｆｏｒ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｎ　Ｆ／２０００　

保护ｌｌＳ虚拟服务器、路径和文件；Ｏｕｔｌｏｏｋ　Ｗｅｂ　Ａｃｃｅｓｓ；Ｍｉｅｒｏｓｏ｜｝　

Ｓｉｌｔ　Ｓｅｒｖｅｒ和Ｓ　Ｓｅｒｖｅｒ　Ｃｏｍｍｅｒｅｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ；Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｐｒｏｘｙ　Ｓｅｌｗｅｒｌ　ｌ

■安全认证代理［ｏｒ　Ｌｏｔｕｓ　Ｄｏｔａ１．１（）　

｝，Ｉ　Ｉ，ｏＩｌｌＳ数据库（地址簿、ＬＩ历、邮件等）、Ｉ　ＲＬ路径和安装存　

Ｗｉｎｄ＋，ｗ—ＮＴ　台上的Ｄｏｍｉｎｏ　Ｗｅｂ服务器　的文件　

■安伞认证代婵ｆｂｒ　Ｎｅｔｓｅａｐｅ／ｉＰｌａｎｅｔ　Ｗｅｌｌ　Ｓｅｒｖｅｒｓ　

俅护Ｗｅｌｌ服务器根目录或在Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ或ＵＮＩＸ半　（Ｓｏｌａｒｉｓ、　

ＨＰ一１　ＪＸ和ＡＩＸ）ｌ　的登录认证。　

安全认证代理町快捷简便地布置安全服务，而不需要　用户的桌　

嘶交　。存用户获准访问机密Ｗｅｂ资源之前，必须确定用户的身份，强　

制实施他们制定的安全策略，既可以把网站作为公共资源提供给所有　

用户，也可以把它作为高机密网站来给可信任用户发送保密信息。　

２３动态口令双因素安全认证系统的特点　

◆开放式体系，系统支持ＷＩＮＤＯＷＳ　ＮＴ、ＮＥＴＷＡＲＥ、ＵＮＩＸ、ＬＩＮＵＸ　

等网络系统平台。　

◆用户数据和动态密码种子受加密保护。　

（上接第２８６页）　１　

相信读者不难仿照上面写出自己的运行状态的示意代码了，关键　

是在帧处理函数和帧绘制函数应实现游戏本身的需求。下面我们看看　

游戏类主要的代码：　

ｐｕｂｌｉｃ　ｃｌａｓｓ　ＭｙＧａｍｅ：Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．Ｘｎａ．Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ．Ｇａｍｅ｛　

Ｓｔａｔｅ＜ＭｙＧａｍｅ＞ｍ

◆支持ＩＩＳ和ＡＰＡＣＨＥ等ｗｗｗ服务器，可控制网页的特殊访问。　

◆提供ＡＳＰ调用接口，可轻易实现与ＷＥＢ服务器的无缝集成。　

◆由于令牌是脱机使用的，客户端的应用环境并不局限于计算机　

系统，对电话委托系统，甚至是ＡＴＭ、ＰＯＳ等都可以使用令牌。　

◆单向、简捷的认证过程，能够有效防止非授权用户的访问　

◆集中式的网络认证和管理，完整的日志功能，便于审汁追踪。　

◆抗反向工程，自我保护。　

◆可选的热备份认证服务器，确保系统可靠性。　

２．４应用程序接口　

提供多种应用系统开发接口：　

◆Ｃ接口、ＶＢ接口、ＦｏｘＰｒｏ接口、ＤＥＬＰＨＩ接口、ＰＢ接口　

◆ＣＧＩ接口　

￣ＡＳＰ接口　

￣ＪＡＶＡ接口　

２．５令牌物理特性　

◆Ｔｌ桴塑料外壳　

◆电子令牌小巧便捷，使用方便　

◆加强型电子令牌有按键选择，可提供ＰＩＮ码输入　

◆不使用时自动进入省电状态（指卜式令忡）　

◆超低功耗，节能环侏　

２．６动态口令舣冈素安令认证系统的发装　

动态口令双因素安伞认证系统安装时除ｒ添加必嘤的设　（　奠　

伞认证服务器、安仝认证代理、令牌等，安全认旺服务　要十立人客　

原仃的网络内，安令认证代卵足需要侏护的网络资源是系统一｛１已经　

存的应　）外，只需对原应用系统的Ｉ　１々认汪部分稍作改动，就能　

动态口令系统的无缝嵌入，Ｉ，ＧＥ＿ｒ　ＤＹＮＡＰＡＳＳ／ＳＥＲＶＥＲ提供多种认证接　

口，包括Ｃ、ＶＣ、ＶＢ、ＦＯＸＰＲＯ、ＰＯＷＥＲＢＵＩＩ　１３ＥＲ等，以适应不同刖，　的　

需要。对于互联网的应用，ＬＧＥ　ｒＤＹＮＡＰＡＳＳ／ＳＥＲＶＥＲ提供ＡＳＰ渊用拔　

口、摔件模块，实现与现有ＷＥＢ服务器的无缝集成。　

参考文献　

［１］高林计算机网络技术人民邮电出版社　

［２］徐俊明组合网络理论科学出版社　

［３］段水福．无线局域网（ＷＬＡＮ）设计与实现．浙江大学出版社　

创建初始状态：　

ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　ｏｖｅｒｒｉｄｅ　ｖｏｉｄ　ＬｏａｄＣｏｎｔｅｎｔ（）｛　

ｓｐｒｉｔｅＢａｔｃｈ＝ｎｅｗ　ＳｐｒｉｔｅＢａｔｃｈ（ＧｒａｐｈｉｃｓＤｅｖｉｃｅ）　

ｔｈｉｓ．ＧａｍｅＳｔａｔｅ＝ｎｅｗ　Ｍｅｎｕ０；　

ｍ

｝　

在帧处理函数中调用游戏状态类的相应函数：　

ｓｔａｔｅ；／／状态　

ｉｎｔ　ｍ

ｌｅｖｅｌ；／／关卡　

ｉｆ（ｍ—ｓｔａ／ｅ！＝ｎｕｌ１）ｍ—ｓｔａｔｅ．Ｅｘｅｃｕｔｅ（ｔｈｉｓ，ｇａｍｅＴｉｍｅ）；　

在帧绘制函数中也相应调用游戏状态类的相应函数：　

ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ　ｏｖｅｒｒｉｄｅ　ｖｏｉｄ　Ｄｒａｗ（ＧａｍｅＴｉｍ　ｇａｍｅＴｉｍｅ）｛　

ｍ

ｓｐｒｉｔｅＢａｔｃｈ．Ｂｅｇｉｎ０；　

ＧｒａｐｈｉｃｓＤｅｖｉｃｅ．Ｃｌｅａｒ（Ｃｏｌｏｒ．ＣｏｒｎｆｌｏｗｅｒＢｌｕｅ）；　

ｍ

ｌｅｖｅｌ＝ｌ；　

ｉｆ（Ｉｌｌ—ｓｔａｔｅ！＝ｎｕｌ１）ｎｌ—ｓｔａｔｅ．Ｄｒａｗ（ｔｈｉｓ，ｇａｍｅＴｉｍｅ）；　

｝　

ｐｕｂｌｉｃ　Ｓｔａｔｅ＜ＭｙＧａｍｅ＞ＧａｍｅＳｔｍｅ｛　

ｇｅｔ｛ｒｅｔｕｒｎ　ｍ—ｓｔａｔｅ；｝　

ｓｅｔ（　

ｉｆ（ｍ—ｓｔａｔｅ！＝ｎｕｌ１）ｍ＿ｓｔａｔｅ．Ｅｘｉｔ（ｔｈｉｓ）；　

ｍ

—

ｂａｓｅ．Ｄｒａｗ（ｇａｍｅＴｉｍｅ）；　

ｍ

ｓｐｒｉｔｅＢａｔｃｈ．Ｅｎｄｆ１：　

）　

４．小结　

ｓｔａｔｅ　ｖａｌｕｅ；　

ｉｆ（ｍ＿ｓｔａｔｅ！＝ｎｕｌ１）ｍ＿ｓｔａｔｅ．Ｅｎｔｅｒ（ｔｈｉｓ）；　

｝　

）　

通过有限状态机我们可以实现游戏处理逻辑的模块化处理，提高　

了灵活性与扩展性，增加了代码的可维护性，本文通过简单的例子示范　

了如何利用有限状态机来重构现有的ＸＮＡ游戏代码，希望对游戏开发　

初学者起到抛砖引玉的作用。　

参考文献　

通过ＧａｍｅＳｔａｔｅ属性的设置，我们实现了旧状态的离开与新状态的　

进入处理，增加了程序的灵活性，比如写日志或者发出提示音等。也免　

去了传统的状态机类使用。为了使状态类能正常工作，我们需要首先　

－－——

［１］（美）Ｍａｔ　Ｂｕｃｋｌａｎｄ著．＜（Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　Ｇａｍｅ　ＡＩ　ｂｙ　Ｅｘａ１ｎｐｌｅ｝　

Ｗｏｒｄｗａｒｅ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，Ｉｎｃ，２００５：４３—７７　

２８８－－——