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设计模式与游戏完美开发(3)

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该文章主体内容来自《设计模式与游戏完美开发》—蔡升达

第二篇 基础系统

第五章 获取游戏服务的唯一对象——单例模式(Singleton)

游戏实现中的唯一对象

在游戏开发过程中,我们常常希望一些游戏对象(比如某游戏功能管理器)具有两项特性:

  • 唯一性:同时间只存在一个对象。
  • 便捷性:提供一个快速获取这个对象的方法。

比较直接的想法是使用全局静态对象,但是全局静态对象很难避免产生多个对象,也容易产生全局变量名重复的问题。

所以最好让这个类只产生一个对象,并提供便利的方法来获取这唯一的对象,这就是单例模式

单例模式

确认类只有一个对象,并提供一个全局的方法来获取这个对象。——GoF

结构:

img

参与者如下:

  • 能产生唯一对象的类,并且提供"全局方法"让外界可以方便获取唯一的对象

  • 通常会把唯一的类对象设置为"静态类属性"

  • 习惯上会使用Instance作为全局静态方法的名称,通过这个静态函数可能获取"静态类属性"

C#实现范例:

public class Singleton {public string Name { get; set; }private static Singleton _instance;public static Singleton Instance {get {if (_instance == null) {//保证唯一性,并提供遍历方法供使用Debug.Log("产生Singleton");_instance = new Singleton();}return _instance;}}private Single() { }//让外部不能new对象,保证唯一性
}void UnitTest() {Singleton.Instance.Name = "Hello";Singleton.Instance.Name = "World";Debug.Log(Singleton.Instance.Name);
}

使用单例模式获取唯一的游戏服务对象

一般来说,游戏需要一个GameManger类来管理一些功能和全局数据,在《P级阵地》中,PBaseDefenseGame就代表这样一个类,并且应用单例模式设计这个类:

img

参与者说明:

  • PBaseDefenseGame

    • 游戏主程序,内部包含了类型为PBaseDefenseGame的静态成员属性_instance,作为该类唯一的对象。
    • 提供使用C# getter实现的静态成员方法Instance,用它来获取唯一的静态成员属性_instance
  • BattleScene

    • PBaseDefenseGame类的客户端,使用PBaseDefenseGame.Instance来获取唯一的对象
PBaseDefenseGame.cspublic class PBaseDefenseGame {private static PBaseDefenseGame _instance;public static PBaseDefenseGame Instance {get {if (_instance == null) {_instance = new PBaseDefenseGame();}return _instance;}}...private PBaseDefenseGame() { }
}BattleState.cspublic class BattleScene: ISceneState {...pubic override void StateBegin() {PBaseDefenseGame.Instance.Initinal();//通过Instance直接访问PBaseDefenseGame对象}...
}SoldierClickScript.cspublic class SoldierOnClick: MonoBehavior {...public void OnClick() {PBaseDefenseGame.Instance.ShowSoldierInfo(Solder);}
}

反对使用单例模式的原因

单例模式似乎看起来非常方便,不必为了“安排参数传递”和“设置引用”伤脑筋,你可以在项目的任何地方通过Instance方法使用该类对象。然而,大多数资深设计者都反对滥用单例模式,有以下几个原因:

  • 全局变量的过度滥用:实质上,单例模式类也是一种全局变量,然而绝大多数类从设计角度需要保有“适当可视性”,很多类我们并不需要甚至并不愿意它被全局共享,单例模式在这种情况下可以被认为是一种“放弃思考”的暴力求解手段。
  • 违反“开-闭原则”:让一个类成为单例类,理论上它就失去了继承能力,就无法对修改关闭。

但是,也有两种方法可以让单例模式返回接口类——即父类为单例模式,并让子类继承实现:

  • 子类向父类注册实体对象,让父类的Instance方法返回对象时,按条件查表发挥对应的子类对象。
  • 每个子类都实现单例模式,再由父类的Instance去获取这些子类。(《P级阵地》采用类似的方法)。

少用单例模式如何方便地引用到单一对象

让类具有计数功能,即通过一个静态类属性计数器来限制对象的数量。

**将A类对象设置为B类的成员,B类的方法便可以方便的使用A类对象。这也是“依赖注入”的方式之一。**可以让被引用的对象不必通过参数传递的方式,就能被类的其他方法引用.按照设置的方式又可以分为"分别设置"和"指定类静态成员"两种。

  1. 分别设置

    在初始化的时候给用到的每个B类将A类对象传入

    public class PBaseDefenseGame {public void Initinal() {m_GameEventSystem = new GameEventSystem(this);//将PBaseDefenseGame类对象传入...}
    }public abstract class IGameSystem {protected PBaseDefenseGame m_PBDGame = null;public IGameSystem(PBaseDefenseGame PBDGame) {m_PBDGame = PBDGame;}
    }public class CampSystem: IGameSystem {public CampSystem(PBaseDefenseGame PBDGame): base(PBDGame) {Initialize();}public void ShowCaptiveCamp() {m_PBDGame.ShowGameMsg("获得俘兵营");//每个系统都可以通过成员m_PBDGame使用PBaseDefenseGame类对象的方法和属性}
    }
    
  2. 指定类的静态成员

    A类的功能若需要使用到B类的方法,并且A类在产生其对象时具有下列几种情况:

    • 产生对象的位置不确定

    • 有多个地方可以产生对象

    • 生成的位置无法引用到

    • 有众多子类

      (实际上与上面相对,1.分别设置中的产生对象位置就是确定的)

​ 当满足上述情况之一时,可以直接将B类对象设置为A类中的"静态成员属性", 让该类的对象都可以直接使用。

// PBaseDefenseGame.cspublic class PBaseDefenseGame {public void Initinal() {m_StageSystem = new StageSystem(this);// 注入其他系统EnemyAI.SetStageSystem(m_StageSystem);}
}
//举例来说,敌方单位AI类(EnemyAI), 在运行时需要使用关卡系统(StageSystem)的信息,但EnemyAI对象产生的位置是在敌方单位建造者(EnemyBuilder)之下:
EnemyBuilder.cspublic class EnemyBuilder: ICharacterBuilder {public override void AddAI() {EnemyAI theAI = new EnemyAI(m_BuildParam.NewCharacter, m_BuildParam.AttackPosition);m_BuildParam.NewCharacter.SetAI(theAI);}
}
//按照"最少知识原则(LKP)",会希望敌方单位的建造者(EnemyBuilder)减少对其他无关类的引用.因此,在产生敌方单位AI(EnemyAI)对象时,敌方单位建造者(EnemyBuilder)无法将关卡系统(StageSystem)对象设置给敌方单位AI,这是属于上述"生成的位置无法引用到"的情况.所以,可以在敌方单位AI(EnemyAI)类中,提供一个静态成员属性和静态方法,让关卡系统(StageSystem)对象产生的当下,就设置给敌方单位AI(EnemyAI)类:
public class EnemyAI: ICharacterAI {private static StageSystem m_StageSystem = null;public static void SetStageSystem(StageSystem StageSystem) {m_StageSystem = StageSystem;}public ovrride bool CanAttackHeart() {m_StageSystem.LoseHeart();return true;}
}
  1. 直接使用静态类
public static class PBDFactory {private static IAssetFactory m_AssetFactory = null;public static IAssetFactory GetAssetFactory() {if (m_AssetFactory == null) {if (m_bLoadFromResource) {m_AssetFactory = new ResourceAssetFactory();} else {m_AssetFactory = new RemoteAssetFactory();}}return m_AssetFactory;}
}

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