设计模式在游戏设计中的应用

1、Java设计模式论文完成人班级学号设计模式在游戏设计中的应用1. 程序设计目标与使用说明1.1前言设计模式在软件工程中有着广泛的应用，如java的MVC框架，用到了Observer模式，c#的LINQ，用到了Iterator模式，甚至连c+的STL中Iterator模式都有广泛的应用，但是我对这些软件工程方面的应用不是很感兴趣，我感兴趣的是设计模式在游戏开发中的应用，因此我尝试着使用Strategy模式和Abstract Factory模式来设计一个角色扮演游戏，来体验设计模式在游戏开发中的优势之处，由于我更善于使用c#编程，因此游戏将以c#为基础，代码运行环境是VS2010。我始终觉得，设计

2、模式的作用是为了方便开发，如果因为设计模式而使得开发变得复杂，那就得不偿失了，当然由于水平有限，我所能涉及到的只是游戏与设计模式应用的冰山一角，更深入的知识，需要我在以后的学习中不断的去深入和探究。1.2工程说明工程开发环境是vs2010 32位旗舰中文版，项目是c#控制台应用程序。打开项目需要先打开电子档中的RpgGame文件夹，双击RpgGame.sln打开打开工程后，具体的源代码在Program.cs中：2. 游戏具体实现在游戏开发的开始，我设定构建一个魔法世界的游戏，游戏中的角色有魔法师、战士、牧师三种职业，人物有人类、精灵两种种族。三种职业需要施展不同的魔法，因此需要用Strateg

3、y模式将角色行为和技能施展分离开来；而两个种族由于有着大同小异的外形，所以可以用Abstract Factory模式提炼出抽象的“身体”和具体的人类和精灵的实现。2.1.角色技能与Strategy模式1) 继承实现的问题在开始游戏之前，我为玩家设定三种职业：魔法师、战士、牧师。正如字面上所看到的，魔法师擅长使用魔法攻击，战士擅长使用物理攻击，而牧师则擅长治疗。根据面向对象编程思想，我需要先定义一个抽象类作为基类，将三个职业的实现作为子类，以实现代码的重用。对于抽象基类来说，首先要确定的是角色应该拥有的独立于职业的能力：Ø ShowInfo():显示角色基本信息,如魔法师显示：This

4、 is a magician.Ø Run():让角色行走，显示：Player is running.Ø Stay():让角色站立，显示：Player is standing.一般来说，设计时需要遵循这样的原则：1. 对于所有继承类都有，但是每个继承类的实现各不相同的方法，我们在基类中只给出定义，不给出实现，而在继承类中予以实现。换言之，就是在基类中定义一个抽象方法。2. 对于所有继承类都有，并且每个继承类的实现完全相同的方法，我们直接在基类中实现它，而由子类去继承，以实现代码重用。很显然，每个职业都拥有上边定义的三种能力，其中ShowInfo()对于每种职业都不相同，而Ru

5、n()和Stay()对于每种职业都相同，于是构建基类，实现下面的UML设计：2) 基类实现和继承实现的问题实现基本功能后，考虑让所有的职业可以实现技能的释放，因此需要添加一个新的方法ReleaseSkills(),很容易想到的是在基类Charactor中添加方法ReleaseSkills()，这样可以实现代码的重用，但是很容易就可以发现三个子类释放技能的方式并不相同，将方法放在基类中不但没有解决问题，反而使问题复杂了，将问题抽象化，可以得到这样的描述：给基类添加实体方法，使得不应该拥有此方法的子类也拥有了此方法，也使得所有子类方法拥有了完全一样的实现。当然可以有另外一种解决的方法，那就是在每个

6、子类中定义各自的ReleaseSkills()覆盖基类的方法，这样似乎解决了问题，但如果有一天需要加入一个新的职业，比如骑士，那就需要重新定义它的ReleaseSkills()，这样的缺陷显而易见：v 没有实现代码重用，如果新添加角色的话，就需要重新写代码进行覆盖。v 如果释放技能的方法需要改动，那么就不得不在子类中都重新写一遍。v 如果新定义一种职业不需要释放技能，但是它也继承了ReleaseSkills()的方法，即使在子类中定义一个空的ReleaseSkills()方法，仍然会暴露出它拥有ReleaseSkills()的能力。3) 引入接口继承的使用会带来很多问题，那么尝试使用接口来实现

7、。首先定义ReleaseSkills()接口，然后在子类中实现。当然这里没有考虑战士释放技能的问题，事实上战士一般是不需要释放技能的能力的。由此我们得到下面的UML图：使用接口虽然解决了部分问题，但是有更多的问题没有解决，例如，子类仍然要重新写自己的释放技能的实现代码，所以为了使释放技能与角色本身分离开来，就需要将释放技能的接口封装起来。4) 封装行为面向对象的一个原则是封装变化,在当前的情况中，ReleaseSkills()这个行为是不断变化的，那么在设计的过程中我就需要想办法将它封装起来。实现此接口的类不再是定义的角色的基类或者子类，而是专用于ReleaseSkills()这个行为的类。如

8、下图所示：在这里，接口的实现放在了它自己的继承体系中，而不是放到角色类里边，每一个实现接口的类完成一个特定的ReleaseSkills()的实现，比如ReleaseMagic类打印一句：Magic has been released，ReleaseLight类(光系魔法，也就是治疗魔法)打印一句：Light has been released，而ReleaseNothing类对应不释放魔法的战士，打印一句：I cant release magic。下面要做的就是将这个技能释放的体系与角色体系结合起来，具体就是在基类中声明Skills类型的变量，如下图所示：注意到 Character 类中仍有一

9、个ReleaseSkills()方法，但是这个方法与之前的ReleaseSkills()方法不同：² 它不是用来给子类去覆盖的。² 我们通过Character的ReleaseSkills()方法实际去调用 Skills 接口的ReleaseSkills()方法(实际上调用了其实体类的ReleaseSkills()方法)。具体类定义的代码如下：/定义释放技能的接口 public interface Skills void ReleaseSkills(); /定义释放魔法的类 public class ReleaseMagic : Skills public void Rele

10、aseSkills() Console.WriteLine("Magic has been released."); /定义释放治疗的类 public class ReleaseLight : Skills public void ReleaseSkills() Console.WriteLine("Light has been released."); /定义不释放技能的类 public class ReleaseNothing : Skills public void ReleaseSkills() Console.WriteLine("I

11、 can't release skills."); /角色基类 public abstract class Charactor protected Skills releaseSkills; /释放技能，通过接口来调用 public void ReleaseSkills() releaseSkills.ReleaseSkills(); /动态更改角色的释放技能能力 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(); /显示角色信息 /定义魔法师 public class Magician : Charactor public Magician() /初始化来自基类的Skills变量 releaseSkills = new ReleaseMagic(

13、); public override void ShowInfo() Console.WriteLine("I am a Magician."); /定义战士 public class Warrior : Charactor public Warrior() releaseSkills = new ReleaseNothing(); public override void ShowInfo() Console.WriteLine("I am a Warrior."); /定义牧师 public class Priest : Charactor publ

14、ic Priest() releaseSkills = new ReleaseLight(); public override void ShowInfo() Console.WriteLine("I am a Priest."); 到现在可以有一个总结，上边封装的Skills接口，实际上使用了Strategy模式，正如Strategy模式的官方定义：Strategy模式定义了一系列的算法，将它们每一个进行封装，并使它们可以相互交换。Strategy模式使得算法不依赖于使用它的客户端。2.2人物构造与 Abstract Factory模式1) 面向实现的方式当设定完职业之后

15、，我需要设定角色的种族，为了简单起见，在这里我只设定了精灵和人类，当然如果以后要扩展的话，还可以加入矮人、兽人、魔族等种族。对比精灵和人类可以发现他们的相同和不同之处：l 都有头部、身躯和四肢，面部都有五官。l 精灵的耳朵、眼睛、皮肤和身材是异于人类的。由此可以假定角色身体由三部分组成：头部(Head)、身体(Body)、皮肤(Skin)。于是得到下面的设计：2) 抽象组成身体的实体类我发现这样做，每个角色与他的身体部件是牢牢绑定在一起的，每创建一个角色，我都需要为它先行创建所有其复合的类(组成身体的实体类，比如HumanHead)。按照面向对象的思想，我想到应该对这一过程进行封装，将创建角色

16、部件这件事委派给其他的类来完成。观察上图，我发现尽管角色不同，但它们都是由三个部分构成，所以，我所能想到的实现这一过程的第一步，就是对组成身体的实体类进行抽象，定义三个接口：Head、Body、Skin，代表身体的三个部分，并且让Human和Elf的实体类去实现这个接口：通过上图可以发现，发现尽管定义了接口，但是如果角色Human和Elf仍然与接口的实体类关联，那么效果与面向实现完全相同。而且还有一个问题是Human与Elf相似的地方很多，除了名字不同其余的完全一样，那么久可以将它们合并成一个类，起名叫Race（种族），设计再次变成下面这样：3) 创建工厂类到这里现在结构已经很完善了，我定义了

17、接口来解决问题，也没有为不同的角色创建多个不同的类，而只要在Race的构造函数中为代表身体部件的变量赋不同的值，就可以创建不同种族的角色。这时候，如果有一个类可以专门负责创建身体部件这件事，当想要创建角色的时候，将这个类传递给Race的构造函数就可以了。设定创建Human身体组成部分的类称作：HumanPartsFactory，创建Elf身体部分的类称作ElfPartsFacotry。那么它们应该是这样的：但是Race的构造函数只能接受一个HumanPartsFactory类型的参数，为了传递ElfPartsFactory，将不得不再添加一个接受ElfPartsFactory类型的构造函数。这

18、样显然不好，所以应该建立一个抽象的种族工厂：4) Abstract Factory设计模式上面做的这些，使用到了一个新的设计模式：Abstract Factory。它的正式定义是这样的：提供一个接口用于创建一系列相互关联或者相互依赖的对象，而不需要指定它们的实体类。最后完整的UML设计应该是这样子的：下面是代码实现：/定义构成身体部分的接口 public interface Head string name get; public interface Body string name get; public interface Skin string name get; /组成human的类

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" /组成Elf的类 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" /定义工厂接口 public interface RaceFactory Head CreateHead(); Body CreateBody(); Skin CreateSkin(); /定义human的身体

21、工厂类 public class HumanFactory : RaceFactory public Head CreateHead() return new HumanHead(); public Body CreateBody() return new HumanBody(); public Skin CreateSkin() return new HumanSkin(); /定义Elf的身体工厂类 public class ElfFactory : RaceFactory public Head CreateHead() return new ElfHead(); public Body

22、 CreateBody() return new ElfBody(); public Skin CreateSkin() return new ElfSkin(); /定义Race类 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、为了方便的调用以上定义的技能类和种族类，我需要建立一个Race类来包含上边两个类的实现，代码如下： class Player public Charactor career; public Race race; /为玩家初始化 public Player(Charactor charactor, Race playerRace) career = charactor; race = playerRace; 将两部分设计模式结合起来，我们就可以在实际中很方便的应用它们，例如如果我想定义一个玩家，职业是魔法师，种族是精灵，那么可以这样：/定义一个新的玩家，职业是魔法师，种族是精灵Player player = new Player(new Magician(), new Race(new ElfFactory();当需要展示这个玩家的信息的时候，直接调用方法就可以了：player.car