設(shè)計模式在游戲設(shè)計中的應(yīng)用

1、Java設(shè)計模式論文完成人班級學(xué)號設(shè)計模式在游戲設(shè)計中的應(yīng)用1. 程序設(shè)計目標(biāo)與使用說明1.1前言設(shè)計模式在軟件工程中有著廣泛的應(yīng)用，如java的MVC框架，用到了Observer模式，c#的LINQ，用到了Iterator模式，甚至連c+的STL中Iterator模式都有廣泛的應(yīng)用，但是我對這些軟件工程方面的應(yīng)用不是很感興趣，我感興趣的是設(shè)計模式在游戲開發(fā)中的應(yīng)用，因此我嘗試著使用Strategy模式和Abstract Factory模式來設(shè)計一個角色扮演游戲，來體驗設(shè)計模式在游戲開發(fā)中的優(yōu)勢之處，由于我更善于使用c#編程，因此游戲?qū)⒁詂#為基礎(chǔ)，代碼運(yùn)行環(huán)境是VS2010。我始終覺得，設(shè)計

2、模式的作用是為了方便開發(fā)，如果因為設(shè)計模式而使得開發(fā)變得復(fù)雜，那就得不償失了，當(dāng)然由于水平有限，我所能涉及到的只是游戲與設(shè)計模式應(yīng)用的冰山一角，更深入的知識，需要我在以后的學(xué)習(xí)中不斷的去深入和探究。1.2工程說明工程開發(fā)環(huán)境是vs2010 32位旗艦中文版，項目是c#控制臺應(yīng)用程序。打開項目需要先打開電子檔中的RpgGame文件夾，雙擊RpgGame.sln打開打開工程后，具體的源代碼在Program.cs中：2. 游戲具體實現(xiàn)在游戲開發(fā)的開始，我設(shè)定構(gòu)建一個魔法世界的游戲，游戲中的角色有魔法師、戰(zhàn)士、牧師三種職業(yè)，人物有人類、精靈兩種種族。三種職業(yè)需要施展不同的魔法，因此需要用Strateg

3、y模式將角色行為和技能施展分離開來；而兩個種族由于有著大同小異的外形，所以可以用Abstract Factory模式提煉出抽象的“身體”和具體的人類和精靈的實現(xiàn)。2.1.角色技能與Strategy模式1) 繼承實現(xiàn)的問題在開始游戲之前，我為玩家設(shè)定三種職業(yè)：魔法師、戰(zhàn)士、牧師。正如字面上所看到的，魔法師擅長使用魔法攻擊，戰(zhàn)士擅長使用物理攻擊，而牧師則擅長治療。根據(jù)面向?qū)ο缶幊趟枷耄倚枰榷x一個抽象類作為基類，將三個職業(yè)的實現(xiàn)作為子類，以實現(xiàn)代碼的重用。對于抽象基類來說，首先要確定的是角色應(yīng)該擁有的獨立于職業(yè)的能力：Ø ShowInfo():顯示角色基本信息,如魔法師顯示：This

4、 is a magician.Ø Run():讓角色行走，顯示：Player is running.Ø Stay():讓角色站立，顯示：Player is standing.一般來說，設(shè)計時需要遵循這樣的原則：1. 對于所有繼承類都有，但是每個繼承類的實現(xiàn)各不相同的方法，我們在基類中只給出定義，不給出實現(xiàn)，而在繼承類中予以實現(xiàn)。換言之，就是在基類中定義一個抽象方法。2. 對于所有繼承類都有，并且每個繼承類的實現(xiàn)完全相同的方法，我們直接在基類中實現(xiàn)它，而由子類去繼承，以實現(xiàn)代碼重用。很顯然，每個職業(yè)都擁有上邊定義的三種能力，其中ShowInfo()對于每種職業(yè)都不相同，而Ru

5、n()和Stay()對于每種職業(yè)都相同，于是構(gòu)建基類，實現(xiàn)下面的UML設(shè)計：2) 基類實現(xiàn)和繼承實現(xiàn)的問題實現(xiàn)基本功能后，考慮讓所有的職業(yè)可以實現(xiàn)技能的釋放，因此需要添加一個新的方法ReleaseSkills(),很容易想到的是在基類Charactor中添加方法ReleaseSkills()，這樣可以實現(xiàn)代碼的重用，但是很容易就可以發(fā)現(xiàn)三個子類釋放技能的方式并不相同，將方法放在基類中不但沒有解決問題，反而使問題復(fù)雜了，將問題抽象化，可以得到這樣的描述：給基類添加實體方法，使得不應(yīng)該擁有此方法的子類也擁有了此方法，也使得所有子類方法擁有了完全一樣的實現(xiàn)。當(dāng)然可以有另外一種解決的方法，那就是在每個

6、子類中定義各自的ReleaseSkills()覆蓋基類的方法，這樣似乎解決了問題，但如果有一天需要加入一個新的職業(yè)，比如騎士，那就需要重新定義它的ReleaseSkills()，這樣的缺陷顯而易見：v 沒有實現(xiàn)代碼重用，如果新添加角色的話，就需要重新寫代碼進(jìn)行覆蓋。v 如果釋放技能的方法需要改動，那么就不得不在子類中都重新寫一遍。v 如果新定義一種職業(yè)不需要釋放技能，但是它也繼承了ReleaseSkills()的方法，即使在子類中定義一個空的ReleaseSkills()方法，仍然會暴露出它擁有ReleaseSkills()的能力。3) 引入接口繼承的使用會帶來很多問題，那么嘗試使用接口來實現(xiàn)

7、。首先定義ReleaseSkills()接口，然后在子類中實現(xiàn)。當(dāng)然這里沒有考慮戰(zhàn)士釋放技能的問題，事實上戰(zhàn)士一般是不需要釋放技能的能力的。由此我們得到下面的UML圖：使用接口雖然解決了部分問題，但是有更多的問題沒有解決，例如，子類仍然要重新寫自己的釋放技能的實現(xiàn)代碼，所以為了使釋放技能與角色本身分離開來，就需要將釋放技能的接口封裝起來。4) 封裝行為面向?qū)ο蟮囊粋€原則是封裝變化,在當(dāng)前的情況中，ReleaseSkills()這個行為是不斷變化的，那么在設(shè)計的過程中我就需要想辦法將它封裝起來。實現(xiàn)此接口的類不再是定義的角色的基類或者子類，而是專用于ReleaseSkills()這個行為的類。如

8、下圖所示：在這里，接口的實現(xiàn)放在了它自己的繼承體系中，而不是放到角色類里邊，每一個實現(xiàn)接口的類完成一個特定的ReleaseSkills()的實現(xiàn)，比如ReleaseMagic類打印一句：Magic has been released，ReleaseLight類(光系魔法，也就是治療魔法)打印一句：Light has been released，而ReleaseNothing類對應(yīng)不釋放魔法的戰(zhàn)士，打印一句：I cant release magic。下面要做的就是將這個技能釋放的體系與角色體系結(jié)合起來，具體就是在基類中聲明Skills類型的變量，如下圖所示：注意到 Character 類中仍有一

9、個ReleaseSkills()方法，但是這個方法與之前的ReleaseSkills()方法不同：² 它不是用來給子類去覆蓋的。² 我們通過Character的ReleaseSkills()方法實際去調(diào)用 Skills 接口的ReleaseSkills()方法(實際上調(diào)用了其實體類的ReleaseSkills()方法)。具體類定義的代碼如下：/定義釋放技能的接口 public interface Skills void ReleaseSkills(); /定義釋放魔法的類 public class ReleaseMagic : Skills public void Rele

10、aseSkills() Console.WriteLine("Magic has been released."); /定義釋放治療的類 public class ReleaseLight : Skills public void ReleaseSkills() Console.WriteLine("Light has been released."); /定義不釋放技能的類 public class ReleaseNothing : Skills public void ReleaseSkills() Console.WriteLine("I

11、 can't release skills."); /角色基類 public abstract class Charactor protected Skills releaseSkills; /釋放技能，通過接口來調(diào)用 public void ReleaseSkills() releaseSkills.ReleaseSkills(); /動態(tài)更改角色的釋放技能能力 public void ChangeSkills(Skills newSkill) Console.WriteLine("I have Changed my skills."); release

12、Skills = newSkill; public void Run() Console.WriteLine("I am Running."); public void Stay() Console.WriteLine("I am standing."); abstract public void ShowInfo(); /顯示角色信息 /定義魔法師 public class Magician : Charactor public Magician() /初始化來自基類的Skills變量 releaseSkills = new ReleaseMagic(

13、); public override void ShowInfo() Console.WriteLine("I am a Magician."); /定義戰(zhàn)士 public class Warrior : Charactor public Warrior() releaseSkills = new ReleaseNothing(); public override void ShowInfo() Console.WriteLine("I am a Warrior."); /定義牧師 public class Priest : Charactor publ

14、ic Priest() releaseSkills = new ReleaseLight(); public override void ShowInfo() Console.WriteLine("I am a Priest."); 到現(xiàn)在可以有一個總結(jié)，上邊封裝的Skills接口，實際上使用了Strategy模式，正如Strategy模式的官方定義：Strategy模式定義了一系列的算法，將它們每一個進(jìn)行封裝，并使它們可以相互交換。Strategy模式使得算法不依賴于使用它的客戶端。2.2人物構(gòu)造與 Abstract Factory模式1) 面向?qū)崿F(xiàn)的方式當(dāng)設(shè)定完職業(yè)之后

15、，我需要設(shè)定角色的種族，為了簡單起見，在這里我只設(shè)定了精靈和人類，當(dāng)然如果以后要擴(kuò)展的話，還可以加入矮人、獸人、魔族等種族。對比精靈和人類可以發(fā)現(xiàn)他們的相同和不同之處：l 都有頭部、身軀和四肢，面部都有五官。l 精靈的耳朵、眼睛、皮膚和身材是異于人類的。由此可以假定角色身體由三部分組成：頭部(Head)、身體(Body)、皮膚(Skin)。于是得到下面的設(shè)計：2) 抽象組成身體的實體類我發(fā)現(xiàn)這樣做，每個角色與他的身體部件是牢牢綁定在一起的，每創(chuàng)建一個角色，我都需要為它先行創(chuàng)建所有其復(fù)合的類(組成身體的實體類，比如HumanHead)。按照面向?qū)ο蟮乃枷耄蚁氲綉?yīng)該對這一過程進(jìn)行封裝，將創(chuàng)建角色

16、部件這件事委派給其他的類來完成。觀察上圖，我發(fā)現(xiàn)盡管角色不同，但它們都是由三個部分構(gòu)成，所以，我所能想到的實現(xiàn)這一過程的第一步，就是對組成身體的實體類進(jìn)行抽象，定義三個接口：Head、Body、Skin，代表身體的三個部分，并且讓Human和Elf的實體類去實現(xiàn)這個接口：通過上圖可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)盡管定義了接口，但是如果角色Human和Elf仍然與接口的實體類關(guān)聯(lián)，那么效果與面向?qū)崿F(xiàn)完全相同。而且還有一個問題是Human與Elf相似的地方很多，除了名字不同其余的完全一樣，那么久可以將它們合并成一個類，起名叫Race（種族），設(shè)計再次變成下面這樣：3) 創(chuàng)建工廠類到這里現(xiàn)在結(jié)構(gòu)已經(jīng)很完善了，我定義了

17、接口來解決問題，也沒有為不同的角色創(chuàng)建多個不同的類，而只要在Race的構(gòu)造函數(shù)中為代表身體部件的變量賦不同的值，就可以創(chuàng)建不同種族的角色。這時候，如果有一個類可以專門負(fù)責(zé)創(chuàng)建身體部件這件事，當(dāng)想要創(chuàng)建角色的時候，將這個類傳遞給Race的構(gòu)造函數(shù)就可以了。設(shè)定創(chuàng)建Human身體組成部分的類稱作：HumanPartsFactory，創(chuàng)建Elf身體部分的類稱作ElfPartsFacotry。那么它們應(yīng)該是這樣的：但是Race的構(gòu)造函數(shù)只能接受一個HumanPartsFactory類型的參數(shù)，為了傳遞ElfPartsFactory，將不得不再添加一個接受ElfPartsFactory類型的構(gòu)造函數(shù)。這

18、樣顯然不好，所以應(yīng)該建立一個抽象的種族工廠：4) Abstract Factory設(shè)計模式上面做的這些，使用到了一個新的設(shè)計模式：Abstract Factory。它的正式定義是這樣的：提供一個接口用于創(chuàng)建一系列相互關(guān)聯(lián)或者相互依賴的對象，而不需要指定它們的實體類。最后完整的UML設(shè)計應(yīng)該是這樣子的：下面是代碼實現(xiàn)：/定義構(gòu)成身體部分的接口 public interface Head string name get; public interface Body string name get; public interface Skin string name get; /組成human的類

19、public class HumanHead : Head public string name get return "Human Head" public class HumanBody : Body public string name get return "Human Body" public class HumanSkin : Skin public string name get return "Human Skin" /組成Elf的類 public class ElfHead : Head public string

20、name get return "Elf Head" public class ElfBody : Body public string name get return "Elf Body" public class ElfSkin : Skin public string name get return "Elf Skin" /定義工廠接口 public interface RaceFactory Head CreateHead(); Body CreateBody(); Skin CreateSkin(); /定義human的身體

21、工廠類 public class HumanFactory : RaceFactory public Head CreateHead() return new HumanHead(); public Body CreateBody() return new HumanBody(); public Skin CreateSkin() return new HumanSkin(); /定義Elf的身體工廠類 public class ElfFactory : RaceFactory public Head CreateHead() return new ElfHead(); public Body

22、 CreateBody() return new ElfBody(); public Skin CreateSkin() return new ElfSkin(); /定義Race類 public class Race public Head head; public Body body; public Skin skin; public Race(RaceFactory raceFactory) head = raceFactory.CreateHead(); body = raceFactory.CreateBody(); skin = raceFactory.CreateSkin();

23、為了方便的調(diào)用以上定義的技能類和種族類，我需要建立一個Race類來包含上邊兩個類的實現(xiàn)，代碼如下： class Player public Charactor career; public Race race; /為玩家初始化 public Player(Charactor charactor, Race playerRace) career = charactor; race = playerRace; 將兩部分設(shè)計模式結(jié)合起來，我們就可以在實際中很方便的應(yīng)用它們，例如如果我想定義一個玩家，職業(yè)是魔法師，種族是精靈，那么可以這樣：/定義一個新的玩家，職業(yè)是魔法師，種族是精靈Player player = new Player(new Magician(), new Race(new ElfFactory();當(dāng)需要展示這個玩家的信息的時候，直接調(diào)用方法就可以了：player.car