State Pattern (상태 패턴)

# 상태패턴이란 ?

상태 패턴은 Event에 맞추어 상태를 객체 내부에서 바꾸어 주는 구조다.

GoF(Gang of Four)의 'Design Patterns'에서는 이를 "객체의 내부 상태에 따라 스스로 행동을 변경할 수 있게 허가하는 패턴으로, 이렇게 하면 객체는 마치 자신의 클래스를 바꾸는 것처럼 보입니다."라고 정의하였다.

게임에서 사용되는 상태 패턴을 이해하기 위해서는 유한 상태 기계(FSM, Finite State Machine)에서부터 시작해야 한다. 

먼저, 간단하게 FSM에 대해 설명해보자.

FSM은 컴퓨터 과학 분야 중의 하나인 오토마타 이론에서 나왔으며, 이러한 오토마타 분야 중에서 가장 간단한 축에 속한다.

FSM의 간단한 구조를 플로우 차트로 보자.

위의 그림이 상태 기계를 그린 플로우 차트다.

어떠한 특징을 가지고 있을까 ?

• 가질 수 있는 '상태'가 한정된다 : 동작이 정해져 있다. 예를 들면, 서기/걷기/뛰기/공격으로 정의한다면 이 외의 상태는 존재하지 않는 셈이다.
• 한 번에 '한 가지' 상태만 될 수 있다 : 기계를 가진 Object는 정의되어 있는 상태들 중 반드시 한 곳에만 속한다. 예를 들면, 걸으면서 공격을 할 수 없는 셈이다.
• '입력'이나 '이벤트'가 기계에 전달된다 : 버튼을 누르거나, 키를 받거나하는 등의 상태 변화를 위한 조건이 존재하는 셈이다.
• 각 상태에는 입력에 따라 다음 상태로 바뀌는 'Transition(전이)'가 있다 : 입력이 들어왔을 때에, 기존 상태에서 그 입력에 맞는 '전이'를 따라 다음 상태로 넘어간다.

물론, FSM이 위와 같은 다양한 장점 등을 가지고 있지만, 장점이 있다면 단점도 있다.

FSM은 '상태'와 '전이'로 관리하는 엄격하게 제한된 구조를 강제함으로써 많은 조건을 없앨 수 있지만, 그러한 상태가 수없이 많아지게 되면 결국 하드 코딩된 '전이'만이 존재하게 된다.

때문에, 인공지능 같이 복잡한 구조에 들어가게 되면 그 한계가 분명해지게 된다.

물론 위와 같은 한계를 극복하기 위한 몇가지 기술이 있다.

예를 들면, '병행 상태 기계', '계층형 상태 기계', '푸시다운 오토마타' 등이 존재한다.

위의 기술들에 관한 내용은 후에 시간이 되면 설명하겠다.

# 상태 패턴의 UML

위의 이미지는 GoF의 디자인 패턴 책에서 제공하는 UML이다.

 - Context

• Client의 분야에 맞춘 인터페이스를 정의한다.
• 현재 상태를 정의하는 Concrete State 서브 클래스의 인스턴스를 유지/관리 한다.

 - State

• Context의 특정 상태와 관련된 (전이로 이어진) 행동을 캡슐화하기 위한 인터페이스를 정의한다.

 - Concrete State Sub Class

• 각각의 서브 클래스는 Context의 상태(행동)과 관련된 상태(행동)을 구현한다.

# 상태 패턴의 시퀀스 다이어그램

# 캐릭터 조작에 사용한 UML

위는 실제 구현에 있어서 응용한 명령 패턴의 UML이다.

# 코드 - StateMachine.cs

객체의 행동을 결정해주는 기계다.

# 코드 - StateClient.cs

실질적인 동작들이 이 곳에 들어가게 된다.

# 구현한 코드의 그림 설명

그림을 통해 설명하면 위와 같은 구조이다.

위의 그림은 UpdateIDLE 함수의 내부가 어떻게 돌아가고 있는지에 대한 그림이다.

( 나머지 UpdateJUMP, UpdateATTACK, UpdateMOVE 함수들도 내부는 동일하다. )

EventCheck 관련 함수들은 Handler 함수들로부터 true / false를 만족한다.

그렇게 만족할 경우 해당 다음 상태로 넘어가는 구조이다.

# 글을 마치면서...

State.unitypackage

동작에 대한 정보는 첨부파일에 담겨있다.

해당 상태 패턴에 의해 조작되는 캐릭터를 보고 싶다면, 첨부파일을 받아서 실행시켜보자.

# 참고 자료

 1. GoF의 책 - 'Design Patterns'

 2. 로버트 나이스트롬의 책 - 'Game Programming Patterns'

 3. 위키백과의 '상태패턴' - https://goo.gl/gQ6QQK