【Winform】中級：簡易ステートマシンを使ったゲーム状態管理

2024年8月29日

この技術情報では、Windows Formsアプリケーションを用いて、簡易ステートマシンによるゲーム状態管理の方法を学びます。初学者でも理解しやすいように、コードを段階的にリファクタリングし、最終的にはクラス分けの手法を学びます。

ステップ1: プロジェクトの作成

まず、Visual Studioを使用して新しいWindows Formsアプリケーションプロジェクトを作成します。プロジェクト名は「SimpleStateMachine」とし、フォームに基本的なUI要素（Label、Button）を配置します。

ステップ2: Enumを使った状態管理の導入

ゲームの状態を管理するために、Enumを使用して状態を定義します。次に、currentStateというフィールドを用意し、初期状態をStartに設定します。

private enum GameState
{
    Start,
    Playing,
    GameOver
}

private GameState currentState;

public Form1()
{
    InitializeComponent();
    currentState = GameState.Start; // 初期状態はStart
    UpdateUI(); // UIを初期化
}

ステップ3: UIの更新メソッドの作成

状態に応じてUIを更新するメソッドを作成します。このメソッドでは、現在の状態に基づいてラベルとボタンのテキストを更新します。

private void UpdateUI()
{
    switch (currentState)
    {
        case GameState.Start:
            statusLabel.Text = "「開始」ボタンを押してゲームを始めてください";
            actionButton.Text = "開始";
            break;
        case GameState.Playing:
            statusLabel.Text = "ゲームが進行中です...";
            actionButton.Text = "終了";
            break;
        case GameState.GameOver:
            statusLabel.Text = "ゲームオーバーです。「再開」ボタンで再度プレイできます";
            actionButton.Text = "再開";
            break;
    }

    currentStateLabel.Text = $"現在の状態: {currentState}";
}

ステップ4: イベントハンドラーの追加

次に、ボタンのクリックイベントをハンドリングし、ゲームの状態を遷移させる処理を追加します。

private void actionButton_Click(object sender, EventArgs e)
{
    switch (currentState)
    {
        case GameState.Start:
            currentState = GameState.Playing;
            break;
        case GameState.Playing:
            currentState = GameState.GameOver;
            break;
        case GameState.GameOver:
            currentState = GameState.Start;
            break;
    }
    UpdateUI(); // 状態が変わったらUIを更新
}

ステップ5: クラス分けのリファクタリング

ゲーム状態管理のロジックを独立したクラスに分割することで、コードの可読性と再利用性を向上させます。GameStateManagerクラスを作成し、状態遷移のロジックを移行します。

public class GameStateManager
{
    public enum GameState
    {
        Start,
        Playing,
        GameOver
    }

    public GameState CurrentState { get; private set; }

    public GameStateManager()
    {
        CurrentState = GameState.Start;
    }

    public void TransitionState()
    {
        switch (CurrentState)
        {
            case GameState.Start:
                CurrentState = GameState.Playing;
                break;
            case GameState.Playing:
                CurrentState = GameState.GameOver;
                break;
            case GameState.GameOver:
                CurrentState = GameState.Start;
                break;
        }
    }
}

Form1クラスは、GameStateManagerを利用する形に変更します。

private GameStateManager gameStateManager;

public Form1()
{
    InitializeComponent();
    gameStateManager = new GameStateManager();
    UpdateUI();
}

private void UpdateUI()
{
    switch (gameStateManager.CurrentState)
    {
        case GameStateManager.GameState.Start:
            statusLabel.Text = "「開始」ボタンを押してゲームを始めてください";
            actionButton.Text = "開始";
            break;
        case GameStateManager.GameState.Playing:
            statusLabel.Text = "ゲームが進行中です...";
            actionButton.Text = "終了";
            break;
        case GameStateManager.GameState.GameOver:
            statusLabel.Text = "ゲームオーバーです。「再開」ボタンで再度プレイできます";
            actionButton.Text = "再開";
            break;
    }

    currentStateLabel.Text = $"現在の状態: {gameStateManager.CurrentState}";
}

private void actionButton_Click(object sender, EventArgs e)
{
    gameStateManager.TransitionState();
    UpdateUI();
}

ステップ6: コードのレビューと改善点

6.1 状態遷移ロジックの外部化

GameStateManagerの汎用性を高めるために、状態遷移のロジックを外部から注入できるようにします。

public class GameStateManager
{
    public enum GameState
    {
        Start,
        Playing,
        GameOver
    }

    public GameState CurrentState { get; private set; }

    private Func<GameState, GameState> stateTransitionFunc;

    public GameStateManager(Func<GameState, GameState> transitionFunc)
    {
        CurrentState = GameState.Start;
        stateTransitionFunc = transitionFunc;
    }

    public void TransitionState()
    {
        CurrentState = stateTransitionFunc(CurrentState);
    }
}

6.2 UI更新の柔軟性向上

UI更新のロジックを別クラスに移動することで、Form1クラスをさらにシンプルにし、UIとロジックの分離を実現します。

public class GameUIController
{
    private Label statusLabel;
    private Label stateLabel;
    private Button actionButton;

    public GameUIController(Label statusLabel, Label stateLabel, Button actionButton)
    {
        this.statusLabel = statusLabel;
        this.stateLabel = currentStateLabel;
        this.actionButton = actionButton;
    }

    public void UpdateUI(GameStateManager.GameState currentState)
    {
        switch (currentState)
        {
            case GameStateManager.GameState.Start:
                statusLabel.Text = "「開始」ボタンを押してゲームを始めてください";
                actionButton.Text = "開始";
                break;
            case GameStateManager.GameState.Playing:
                statusLabel.Text = "ゲームが進行中です...";
                actionButton.Text = "終了";
                break;
            case GameStateManager.GameState.GameOver:
                statusLabel.Text = "ゲームオーバーです。「再開」ボタンで再度プレイできます";
                actionButton.Text = "再開";
                break;
        }

        currentStateLabel.Text = $"現在の状態: {currentState}";
    }
}

Form1クラスでは、GameUIControllerを利用してUI更新を行います。

private GameStateManager gameStateManager;
private GameUIController gameUIController;

public Form1()
{
    InitializeComponent();
    gameStateManager = new GameStateManager();
    gameUIController = new GameUIController(statusLabel, stateLabel, actionButton);
    gameUIController.UpdateUI(gameStateManager.CurrentState);
}

private void actionButton_Click(object sender, EventArgs e)
{
    gameStateManager.TransitionState();
    gameUIController.UpdateUI(gameStateManager.CurrentState);
}

まとめ

この技術情報を通して、簡易ステートマシンを使用したゲーム状態管理の基礎から、コードのリファクタリングとクラス分けの手法までを学びました。リファクタリングによってコードがどのように整理され、保守性が向上するかを理解することができました。今後は、さらなる機能追加や複雑な状態遷移への対応を考慮しながら、実際のプロジェクトで応用してみてください。

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この技術情報を参考にすることで、初学者でもステートマシンを利用したアプリケーション開発の基本を学び、さらにクラス分けやリファクタリングの重要性を理解できるでしょう。

提供した技術情報は、初学者が学ぶための基礎的な内容から始まり、段階的にリファクタリングやクラス分けといった、やや中級者向けの内容に進んでいます。初学者にとって、以下の点がやや難しいと感じるかもしれません。

1. クラス分けのリファクタリング: クラスを分けてコードを整理することは、初学者には少し難易度が高いかもしれません。特に、「GameStateManagerクラスの導入」や「GameUIControllerクラスの追加」の部分は、オブジェクト指向プログラミングに慣れていない人にとって挑戦となります。
2. 汎用性を高めるリファクタリング: 状態遷移のロジックを外部から設定できるようにするなど、汎用性を意識したリファクタリングは、初学者には少し高度な内容です。