[Design Pattern] 유한 상태 머신(FSM, Finite State Machine)

1. 유한 상태 머신(FSM)

유한 상태 머신은 유한개의 상태를 정의하고, 조건에 따라 각 상태로 전이하며 객체의 상태 및 행동을 정의하는 프로그래밍 패턴이다.

2. 예시

대표적인 예시로 게임에서의 몬스터가 있다.

2-1. 상태(State) 정의

몬스터가 가질 수 있는 상태를 정의하면 다음과 같다:

• Idle (대기): 플레이어를 찾지 못한 상태
• Patrol (순찰): 일정 경로를 따라 이동
• Chase (추격): 플레이어를 발견하고 쫓아감
• Attack (공격): 플레이어가 공격 범위 안에 있음
• Flee (도망): 체력이 낮아서 도망감
• Dead (죽음): 체력이 0이 되어 사망

2-2. 상태 전이(Transition) 조건

몬스터는 특정 조건에 따라 상태를 변경한다:

• Idle → Patrol: 일정 시간이 지나면 순찰을 시작
• Patrol → Chase: 플레이어가 감지 범위 내로 들어오면
• Chase → Attack: 플레이어가 공격 범위 안에 들어오면
• Attack → Chase: 플레이어가 공격 범위를 벗어나면
• Chase → Flee: 체력이 일정 이하로 떨어지면
• Flee → Idle: 플레이어가 멀어지면 도망을 멈춤
• 어느 상태든 → Dead: 체력이 0이 되면

2-3. 예시 코드

enum class MonsterState { IDLE, PATROL, CHASE, ATTACK, FLEE, DEAD };

class Monster {
private:
    MonsterState state = MonsterState::IDLE;
    int health = 100;
    bool playerInSight = false;
    bool playerInAttackRange = false;

public:
    void update() {
        switch (state) {
            case MonsterState::IDLE:
                if (playerInSight) state = MonsterState::CHASE;
                else state = MonsterState::PATROL;
                break;

            case MonsterState::PATROL:
                if (playerInSight) state = MonsterState::CHASE;
                break;

            case MonsterState::CHASE:
                if (playerInAttackRange) state = MonsterState::ATTACK;
                if (health < 20) state = MonsterState::FLEE;
                break;

            case MonsterState::ATTACK:
                if (!playerInAttackRange) state = MonsterState::CHASE;
                break;

            case MonsterState::FLEE:
                if (health == 0) state = MonsterState::DEAD;
                break;

            case MonsterState::DEAD:
                // 몬스터 사망 처리
                break;
        }
    }
};

3. 장단점

3-1. 장점

• 코드 구조화 : 상태 기반으로 분리하면 AI 코드가 깔끔해진다.
• 확장 용이 : 새로운 상태를 쉽게 추가 가능하다.
• 디버깅 편리 : 상태가 명확히 정의되어 문제 발생 시 원인 파악이 쉽다.

3-2. 단점

• 상태가 많아지면 분기가 많아지면서 코드가 복잡해질 수 있다.