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Unity 虚拟仿真实验中设计模式的使用 ——状态模式（State Pattern）

news 2025/9/27 10:58:08

📖 目录

前言
什么是状态模式
案例背景：虚拟仿真实验中的仪器状态管理
案例效果图（示意）
代码实现
- 5.1 状态接口：IState
- 5.2 具体状态类：IdleState / HeatingState / BoilingState
- 5.3 状态管理器：WaterStateMachine
- 5.4 UI 控制：状态切换按钮
运行流程
注意事项总结
扩展思考
总结

1. 前言

在虚拟仿真实验中，实验对象通常会有 多种状态，比如：

水壶：空闲、加热、沸腾
烧杯：空、注入液体、混合
仪器：待机、运行、故障

如果用 大量 if-else 判断状态，代码会混乱且难以维护。

状态模式（State Pattern） 可以把对象的每个状态封装成类，实现 状态切换灵活、行为清晰。

2. 什么是状态模式

状态模式：允许对象在内部状态变化时改变行为，使得对象看起来好像 改变了类。

优点：

每个状态独立，易于维护
避免大量 if-else
状态切换灵活，可扩展

3. 案例背景：虚拟仿真实验中的仪器状态管理

我们用 加热水实验 作为例子
水壶状态：
1. Idle：水温 < 20℃，未加热
2. Heating：温度升高 20~100℃
3. Boiling：温度 >= 100℃
不同状态下，仪器行为不同：
- Idle：显示等待
- Heating：UI 显示加热动画
- Boiling：提示沸腾、触发事件

4. 案例效果图（示意）

[加热按钮] → 水壶状态变化
Idle → Heating → Boiling
每个状态显示不同UI/提示

5. 代码实现

5.1 状态接口：IState

public interface IState
{void Enter();   // 进入状态void Execute(); // 状态行为void Exit();    // 退出状态
}

5.2 具体状态类

IdleState

using UnityEngine;public class IdleState : IState
{private WaterStateMachine water;public IdleState(WaterStateMachine water) { this.water = water; }public void Enter() { Debug.Log("进入空闲状态"); }public void Execute() { /* 等待加热 */ }public void Exit() { Debug.Log("退出空闲状态"); }
}

HeatingState

using UnityEngine;public class HeatingState : IState
{private WaterStateMachine water;public HeatingState(WaterStateMachine water) { this.water = water; }public void Enter() { Debug.Log("开始加热"); }public void Execute(){water.Temperature += 10 * Time.deltaTime;Debug.Log($"加热中，温度：{water.Temperature:F1}℃");if (water.Temperature >= 100){water.ChangeState(new BoilingState(water));}}public void Exit() { Debug.Log("停止加热"); }
}

BoilingState

using UnityEngine;public class BoilingState : IState
{private WaterStateMachine water;public BoilingState(WaterStateMachine water) { this.water = water; }public void Enter() { Debug.Log("水已沸腾！"); }public void Execute() { /* 持续沸腾逻辑 */ }public void Exit() { Debug.Log("退出沸腾状态"); }
}

5.3 状态管理器：WaterStateMachine

using UnityEngine;public class WaterStateMachine : MonoBehaviour
{private IState currentState;public float Temperature { get; set; } = 20f;private void Start(){ChangeState(new IdleState(this));}private void Update(){currentState?.Execute();}public void ChangeState(IState newState){currentState?.Exit();currentState = newState;currentState?.Enter();}// 按钮点击调用public void StartHeating(){ChangeState(new HeatingState(this));}
}

5.4 UI 控制：状态切换按钮

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;public class WaterUI : MonoBehaviour
{[SerializeField] private Button heatButton;[SerializeField] private WaterStateMachine waterMachine;private void Start(){heatButton.onClick.AddListener(() => waterMachine.StartHeating());}
}