State 패턴

JJW·2024년 12월 4일

Unity

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오늘은 State 패턴에 대해 알아보는 시간을 가지겠습니다.

State 패턴이란 ?

객체의 상태에 따라 그 객체의 행동이 달라지도록 설계하는 디자인 패턴입니다.

주로 상태를 변경해야 할 필요가 있을 때 객체의 행동을 수정하지 않고, 상태별로 객체를 나누어 코드의 유연성과 확장성을 높이는 데 도움을 줍니다

State 특징

객체의 상태를 캡슐화

상태를 나타내는 클래스들이 각각의 상태별 행동을 구현하며, 이러한 클래스를 통해 상태를 캡슐화합니다.

상태 전환을 명확하게 정의

상태 객체들이 현재 상태에 따라 다른 상태로 전환할 수 있도록 도와줍니다. 상태 전환은 Context 객체나 상태 클래스에서 관리할 수 있습니다.

행동의 다형성 사용

각 상태 클래스가 공통 인터페이스 또는 추상 클래스를 구현하여 다형성을 제공합니다. 이를 통해 현재 상태에 따라 다른 행동이 자연스럽게 호출됩니다.

상태 독립성

각 상태는 다른 상태로부터 독립적이며, 개별 상태를 수정하더라도 다른 상태에 영향을 미치지 않습니다.

주요 구성 요소

1. Context

public class StateMachine
{
    private IState currentState;

    // 상태 변경 메서드
    public void SetState(IState newState)
    {
        if (currentState != null)
        {
            currentState.Exit(); // 현재 상태에서 나가기
        }

        currentState = newState;

        if (currentState != null)
        {
            currentState.Enter(); // 새 상태로 들어가기
        }
    }

    // 현재 상태 유지 및 업데이트
    public void Update()
    {
        if (currentState != null)
        {
            currentState.Execute(); // 현재 상태 실행
        }
    }
}

현재 상태 객체를 유지합니다.

상태 전환을 요청할 때 상태 객체를 교체합니다.

행동의 실행을 각 상태 객체에 위임합니다.

2. State

public interface IState
{
    void Enter();   // 상태로 진입할 때 호출되는 메서드
    void Execute(); // 상태가 유지되는 동안 호출되는 메서드
    void Exit();    // 상태에서 벗어날 때 호출되는 메서드
}

공통된 메서드를 정의하여, 상태별로 일관된 행동을 보장합니다.

각 상태가 수행해야 할 메서드들을 명확하게 정의하여 상태별 구현을 쉽게 만듭니다.

3. ConcreteState

public class IdleState : IState
{
    public void Enter()
    {
        Debug.Log("Entering Idle State");
    }

    public void Execute()
    {
        Debug.Log("Executing Idle Behavior: Standing still");
    }

    public void Exit()
    {
        Debug.Log("Exiting Idle State");
    }
}

public class AttackState : IState
{
    public void Enter()
    {
        Debug.Log("Entering Attack State");
    }

    public void Execute()
    {
        Debug.Log("Executing Attack Behavior: Attacking the target");
    }

    public void Exit()
    {
        Debug.Log("Exiting Attack State");
    }
}

상태 전환 시 수행해야 할 초기화 코드나 종료 코드를 Enter와 Exit 메서드에 정의합니다.

해당 상태에서 지속적으로 수행할 행동을 Execute 메서드에 정의합니다.

상태 전환 조건이 충족되면, Context의 상태를 변경할 수 있습니다.

4. GameManager

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    private StateMachine stateMachine; // 상태 머신
    private IdleState idleState;       // Idle 상태
    private AttackState attackState;   // Attack 상태

    void Start()
    {
        // 상태 머신 및 상태 객체 초기화
        stateMachine = new StateMachine();
        idleState = new IdleState();
        attackState = new AttackState();

        stateMachine.SetState(idleState);
    }

    void Update()
    {
        stateMachine.Update();

        // 상태 전환 조건
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.A))
        {
            stateMachine.SetState(attackState); // 공격 상태로 전환
        }
        else if (Input.GetKeyDown(KeyCode.I))
        {
            stateMachine.SetState(idleState); // Idle 상태로 전환
        }
    }
}

실제 사용하는 경우입니다. 객체 초기화가 이루어 진 뒤 Input.GetKey()로 상태 변화를 체크합니다.

State 패턴의 흐름

초기 상태 설정

상태 유지

상태 전환

이 흐름이며 위 코드로 설명해보자면

SetState() : 초기 상태 설정

Update() : 상태 유지

Input.GetKeyDown() : 상태 전환

State 패턴의 장단점

장점

유지보수 용이성

코드의 가독성 증가

중복 제거

명확한 상태 전환 관리

단점

클래스 수 증가로 인한 복잡성 증가

의사결정의 분산

State 패턴의 쓰임새

상태가 변하는 "대기","이동","공격"... 등등 상황인 NPC AI, 플레이어 상태 관리, 애니메이션 트리거 등등의 사용됩니다.

테스트

초기 상태인 Idle의 값이 계속 나오다 Input.Getkey()로 상태를 변경하니 상태 값이 변경됩니다.

느낀 점

구현 중 가장 큰 장점은 상태 전환 로직의 명확성이었습니다. 이전에는 조건문을 사용하거나 엉성하게 구현하였는데 공부하면서 구현해보니 각 상태가 무엇을 하는지 명확하게 알 수 있어 편리하였습니다..NPC AI 설계의 여러 패턴들과 조합하면 개인적으로 만족하는 AI 설계가 나오지 않을까 싶습니다..