設(shè)計(jì)模式在游戲設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.doc

Java設(shè)計(jì)模式論文完成人班級(jí)學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)模式在游戲設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1. 程序設(shè)計(jì)目標(biāo)與使用說(shuō)明1.1前言設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)模式在游戲開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，因此我嘗試著使用Strategy模式和Abstract Factory模式來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)角色扮演游戲，來(lái)體驗(yàn)設(shè)計(jì)模式在游戲開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)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(jué)得，設(shè)計(jì)模式的作用是為了方便開(kāi)發(fā)，如果因?yàn)樵O(shè)計(jì)模式而使得開(kāi)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(jì)模式應(yīng)用的冰山一角，更深入的知識(shí)，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(shuō)明工程開(kāi)發(fā)環(huán)境是vs2010 32位旗艦中文版，項(xiàng)目是c#控制臺(tái)應(yīng)用程序。打開(kāi)項(xiàng)目需要先打開(kāi)電子檔中的RpgGame文件夾，雙擊RpgGame.sln打開(kāi)打開(kāi)工程后，具體的源代碼在Program.cs中：2. 游戲具體實(shí)現(xiàn)在游戲開(kāi)發(fā)的開(kāi)始，我設(shè)定構(gòu)建一個(gè)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Strategy模式將角色行為和技能施展分離開(kāi)來(lái)；而兩個(gè)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(shí)現(xiàn)。2.1.角色技能與Strategy模式1) 繼承實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題在開(kāi)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(zhǎng)使用魔法攻擊，戰(zhàn)士擅長(zhǎng)使用物理攻擊，而牧師則擅長(zhǎng)治療。根據(jù)面向?qū)ο缶幊趟枷?，我需要先定義一個(gè)抽象類作為基類，將三個(gè)職業(yè)的實(shí)現(xiàn)作為子類，以實(shí)現(xiàn)代碼的重用。對(duì)于抽象基類來(lái)說(shuō)，首先要確定的是角色應(yīng)該擁有的獨(dú)立于職業(yè)的能力： ShowInfo():顯示角色基本信息,如魔法師顯示：This is a magician. Run():讓角色行走，顯示：Player is running. Stay():讓角色站立，顯示：Player is standing.一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循這樣的原則：1. 對(duì)于所有繼承類都有，但是每個(gè)繼承類的實(shí)現(xiàn)各不相同的方法，我們?cè)诨愔兄唤o出定義，不給出實(shí)現(xiàn)，而在繼承類中予以實(shí)現(xiàn)。換言之，就是在基類中定義一個(gè)抽象方法。2. 對(duì)于所有繼承類都有，并且每個(gè)繼承類的實(shí)現(xiàn)完全相同的方法，我們直接在基類中實(shí)現(xiàn)它，而由子類去繼承，以實(shí)現(xiàn)代碼重用。很顯然，每個(gè)職業(yè)都擁有上邊定義的三種能力，其中ShowInfo()對(duì)于每種職業(yè)都不相同，而Run()和Stay()對(duì)于每種職業(yè)都相同，于是構(gòu)建基類，實(shí)現(xiàn)下面的UML設(shè)計(jì)：2) 基類實(shí)現(xiàn)和繼承實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)基本功能后，考慮讓所有的職業(yè)可以實(shí)現(xiàn)技能的釋放，因此需要添加一個(gè)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(shí)現(xiàn)代碼的重用，但是很容易就可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)子類釋放技能的方式并不相同，將方法放在基類中不但沒(méi)有解決問(wèn)題，反而使問(wèn)題復(fù)雜了，將問(wèn)題抽象化，可以得到這樣的描述：給基類添加實(shí)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(shí)現(xiàn)。當(dāng)然可以有另外一種解決的方法，那就是在每個(gè)子類中定義各自的ReleaseSkills()覆蓋基類的方法，這樣似乎解決了問(wèn)題，但如果有一天需要加入一個(gè)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(jiàn)：v 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)代碼重用，如果新添加角色的話，就需要重新寫(xiě)代碼進(jìn)行覆蓋。v 如果釋放技能的方法需要改動(dòng)，那么就不得不在子類中都重新寫(xiě)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(gè)空的ReleaseSkills()方法，仍然會(huì)暴露出它擁有ReleaseSkills()的能力。3) 引入接口繼承的使用會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，那么嘗試使用接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先定義ReleaseSkills()接口，然后在子類中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這里沒(méi)有考慮戰(zhàn)士釋放技能的問(wèn)題，事實(shí)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(wèn)題，但是有更多的問(wèn)題沒(méi)有解決，例如，子類仍然要重新寫(xiě)自己的釋放技能的實(shí)現(xiàn)代碼，所以為了使釋放技能與角色本身分離開(kāi)來(lái)，就需要將釋放技能的接口封裝起來(lái)。4) 封裝行為面向?qū)ο蟮囊粋€(gè)原則是封裝變化,在當(dāng)前的情況中，ReleaseSkills()這個(gè)行為是不斷變化的，那么在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我就需要想辦法將它封裝起來(lái)。實(shí)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(gè)行為的類。如下圖所示：在這里，接口的實(shí)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(gè)實(shí)現(xiàn)接口的類完成一個(gè)特定的ReleaseSkills()的實(shí)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(duì)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(gè)技能釋放的體系與角色體系結(jié)合起來(lái)，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 類中仍有一個(gè)ReleaseSkills()方法，但是這個(gè)方法與之前的ReleaseSkills()方法不同： 它不是用來(lái)給子類去覆蓋的。 我們通過(guò)Character的ReleaseSkills()方法實(shí)際去調(diào)用 Skills 接口的ReleaseSkills()方法(實(shí)際上調(diào)用了其實(shí)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 ReleaseSkills() 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 cant release skills.); /角色基類 public abstract class Charactor protected Skills releaseSkills; /釋放技能，通過(guò)接口來(lái)調(diào)用 public void ReleaseSkills() releaseSkills.ReleaseSkills(); /動(dòng)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.); releaseSkills = 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(lái)自基類的Skills變量 releaseSkills = new ReleaseMagic(); 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 public Priest() releaseSkills = new ReleaseLight(); public override void ShowInfo() Console.WriteLine(I am a Priest.); 到現(xiàn)在可以有一個(gè)總結(jié)，上邊封裝的Skills接口，實(shí)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(gè)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，我需要設(shè)定角色的種族，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，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(duì)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(jì)：2) 抽象組成身體的實(shí)體類我發(fā)現(xiàn)這樣做，每個(gè)角色與他的身體部件是牢牢綁定在一起的，每創(chuàng)建一個(gè)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(shí)體類，比如HumanHead)。按照面向?qū)ο蟮乃枷?，我想到?yīng)該對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行封裝，將創(chuàng)建角色部件這件事委派給其他的類來(lái)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(gè)部分構(gòu)成，所以，我所能想到的實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的第一步，就是對(duì)組成身體的實(shí)體類進(jìn)行抽象，定義三個(gè)接口：Head、Body、Skin，代表身體的三個(gè)部分，并且讓Human和Elf的實(shí)體類去實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口：通過(guò)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(shí)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(gè)問(wèn)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(gè)類，起名叫Race（種族），設(shè)計(jì)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，我定義了接口來(lái)解決問(wèn)題，也沒(méi)有為不同的角色創(chuàng)建多個(gè)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(shí)候，如果有一個(gè)類可以專門(mén)負(fù)責(zé)創(chuàng)建身體部件這件事，當(dāng)想要?jiǎng)?chuàng)建角色的時(shí)候，將這個(gè)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(gè)HumanPartsFactory類型的參數(shù)，為了傳遞ElfPartsFactory，將不得不再添加一個(gè)接受ElfPartsFactory類型的構(gòu)造函數(shù)。這樣顯然不好，所以應(yīng)該建立一個(gè)抽象的種族工廠：4) Abstract Factory設(shè)計(jì)模式上面做的這些，使用到了一個(gè)新的設(shè)計(jì)模式：Abstract Factory。它的正式定義是這樣的：提供一個(gè)接口用于創(chuàng)建一系列相互關(guān)聯(lián)或者相互依賴的對(duì)象，而不需要指定它們的實(shí)體類。最后完整的UML設(shè)計(jì)應(yīng)該是這樣子的：下面是代碼實(shí)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 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 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 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(); 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(gè)Race類來(lái)包含上邊兩個(gè)類的實(shí)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(jì)模式結(jié)合起來(lái)，我們就可以在實(shí)際中很方便的應(yīng)用它們，例如如果我想定義一個(gè)玩家，職業(yè)是魔法師，種族是精靈，那么可以這樣：/定義一個(gè)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(gè)玩家的信息的時(shí)候，直接調(diào)用方法就可以了：player.career.S