游戏设计--经典文档-C#23种设计模式.pdf

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1、c#23种 设 计 模 式 China Document 4 Colors1.1 节 工 期 How are you1.1.1 完 成 日 期 12节 创 建 型 模 式 12.1 单 件 模 式(Singleton Pattern)动 机(M o tiv a tio n):在 软 件 系 统 中，经 常 有 这 样 一 些 特 殊 的 类，必 须 保 证 它 们 在 系 统 中 只 存 在 一 个 实 例，才 能 确 保 它 们 的 逻 辑 正 确 性、以 及 良 好 的 效 率。如 何 绕 过 常 规 的 构 造 器，提 供 一 种 机 制 来 保 证 一 个 类 只 创 建 一 个 实

2、例？这 应 该 是 类 设 计 者 的 责 任，而 不 是 类 使 用 者 的 责 任。结 构 图：意 图:保 证 一 个 类 仅 有 一 个 实 例，并 提 供 一 个 访 问 它 的 全 局 访 问 点。-G。F生 活 的 例 子：适 用 性：(1)当 类 只 能 有 一 个 实 例 而 且 客 户 可 以 从 一 个 众 所 周 知 的 访 问 点 访 问 它 时。(2)当 这 个 唯 一 实 例 应 该 是 通 过 子 类 化 可 扩 展 的，并 且 客 户 应 该 无 需 更 改 代 码 就 能 使 用 一 个扩 展 的 实 例 时。代 码 实 现：(1)单 线 程 S in g l

3、e to n实 现 class SingleThread_Singleton(private static SingleThread_Singleton instance=null;private SingleThread_Singleton()public static SingleThread_Singleton Instance(get(if(instance=null)(instance=new SingleThread_Singleton();)return instance;)以 上 代 码 在 单 线 程 情 况 卜 不 会 出 现 任 何 问 题。但 是 在 多 线 程 的 情

4、 况 下 却 不 是 安 全 的。如 两 个 线 程 同 时 运 行 到 if(instance=null)判 断 是 否 被 实 例 化，一 个 线 程 判 断 为 True后,在 进 行 创 建 instance=new SingleThread_Singleton();之 前，另 一 个 线 程 也 判 断(instance=null),结 果 也 为 True.这 样 就 就 违 背 了 Singleton模 式 的 原 则(保 证 一 个 类 仅 有 一 个 实 例)。怎 样 在 多 线 程 情 况 下 实 现 Singleton?(2)多 线 程 S ingleton实 现：1 c

5、lass MultiThread_Singleton2 3 private static volatile MultiThread_Singleton instance=null;4 private static object lockHelper=new object();5 private MultiThread_Singleton()6 public static MultiThread_Singleton Instance7(8 get9 10 if(instance=null)11 12 lock(lockHelper)13 14 if(instance=null)15 16 ins

6、tance=new MultiThread_Singleton();17)18)19)20 return instance;21)22)23此 程 序 对 多 线 程 是 安 全 的，使 用 了 一 个 辅 助 对 象 lockHelper,保 证 只 有 一 个 线 程 创 建 实 例(如 果 instance 为 空，保 证 只 有 一 个 线 程 instance=new MultiThread_Singleton();创 建 唯 的 一 个 实 例)。(Double Check)请 注 意 一 个 关 键 字 vo la tile,如 果 去 掉 这 个 关 键 字，还 是 有 可 能

7、 发 生 线 程 不 是 安 全 的。volatile保 证 严 格 意 义 的 多 线 程 编 译 器 在 代 码 编 译 时 对 指 令 不 进 行 微 调。(3)静 态 S in g le to n实 现 3 class Static_Singleton4 5 publicstatic readonly Static_Singleton instance=new Static_Singleton();6 private Static_Singleton()7)以 上 代 码 展 开 等 同 于 1 class Static_Singleton2 3 public static reado

8、nly Static_Singleton instance;4 static Static_Singleton()5 6 instance=new Static_Singleton();7)8 private Static_Singleton()9)由 此 可 以 看 出，完 全 符 合 Singleton的 原 则。优 点：简 洁，易 懂 缺 点：不 可 以 实 现 带 参 数 实 例 的 创 建 122 抽 象 工 程 模 式(Abstract Factory)常 规 的 对 象 创 建 方 法：创 建 一 个 Road对 象 Road road=new Road();n e w 的 问

9、题：实 现 依 赖，不 能 应 对“具 体 实 例 化 类 型”的 变 化。解 决 思 路：封 装 变 化 点 哪 里 变 化，封 装 哪 里 潜 台 词：如 果 没 有 变 化，当 然 不 需 要 额 外 的 封 装！工 厂 模 式 的 缘 起 变 化 点 在“对 象 创 建”，因 此 就 封 装“对 象 创 建”面 向 接 口 编 程 一 一 依 赖 接 口，而 非 依 赖 实 现 最 简 单 的 解 决 方 法：1 class Road Fact ory2 public static Road CreateRoad()3(4 return new Road();5)6)7 创 建 一 个

10、 Road对 象 8 Road road=roadFactory.CreateRoad();创 建 一 系 列 相 互 依 赖 对 象 的 创 建 工 作：假 设 一 个 游 戏 开 场 景：我 们 需 要 构 造 道 路、房 屋、地 道，从 林 等 等 对 象 工 厂 方 法 如 下：1 class RoadFactory2(3 public static Road CreateRoad()4 5 return new Road();6)7 public static Building CreateBuilding()8 9 return new BuildingO;10)1 1 publi

11、c static Tunnel CreateTunnel()12 13 return new Tunnel();14)15 public static Jungle CreateJungle()16 17 return new Jungle();18)19 调 用 方 式 如 下：1 Road road=RoadFactory.CreateRoad();3 Building building=RoadFactory.CreateBuilding();4 Tunnel tunnel=RoadFactory.CreateTunnel();5 Jungle jungle=Road Factory.C

12、reate Ju ng le();如 上 可 见 简 单 工 厂 的 问 题：不 能 应 对“不 同 系 列 对 象 的 变 化。比 如 有 不 同 风 格 的 场 景-对 应 不 同 风 格 的 道 路，房 屋、地道.如 何 解 决：使 用 面 向 对 象 的 技 术 来 封 装 变 化 点。动 机(M o tiv a te)：在 软 件 系 统 中，经 常 面 临 着 一 系 统 相 互 依 赖 的 对 象 的 创 建 工 作：同 时，由 于 需 求 的 变 化，往 往 存 在 更 多 系 列 对 象 的 创 建 工 作。如 何 应 对 这 种 变 化？如 何 绕 过 常 规 的 对 象

13、创 建 方 法(new),提 供 种 封 装 机 制 来 避 免 客 户 程 序 和 这 种 多 系 列 具 体 对 象 创 建 工 作 的 紧 耦 合？意 图(I n te n t):提 供 一 个 创 建 一 系 列 相 关 或 相 互 依 赖 对 象 的 接 口，而 无 需 指 定 它 们 具 体 的 类。-设 计 模 式 G0F结 构 图(S tru c t):适 用 性：1.一 个 系 统 要 独 立 于 它 的 产 品 的 创 建、组 合 和 表 示 时。2.一 个 系 统 要 由 多 个 产 品 系 统 中 的 一 个 来 配 置 时。3.当 你 要 强 调 一 系 列 相 关

14、的 产 品 对 象 的 设 计 以 便 进 行 联 合 使 用 时。4.当 你 提 供 一 个 产 品 类 库，而 只 想 显 示 它 们 的 接 口 不 是 实 现 时。生 活 例 子：结 构 图 代 码 实 现：1 abstract class Abstract Factory2 3 public abstract AbstractProductA CreateProductA();4 public abstract Abstract Products CreateProductB();5)1 abstract class AbstractProductA2(3 public abstra

15、ct void Interact(Abstract ProductB b);4)1 abstract class AbstractProductB2(3 public abstract void Interact(Abstract ProductA a);4)1 class Client2(3 private AbstractProductA AbstractProductA;4 private AbstractProductB AbstractProductB;5 public Client(Abstract Factory factory)6789101 11213141512345678

16、9101 1123456789101 1Abstract ProductA=factory.CreateProductA();Abstract ProductB=factory.CreateProductB();)public void Run()(Abstract ProductB.Interact(Abstract ProductA);Abstract ProductA.Interact(Abstract ProductB);)class ConcreteFactoryl:Abstract Factorypublic override AbstractProductA CreateProd

17、uctA()(return new ProductAI();)public override AbstractProductB CreateProductB()(return new ProductBI();)class Concret eFactory 2:Abstract Factory(public override AbstractProductA CreateProductA()(return new ProdcutA2();)public override AbstractProductB CreateProductB()(return new ProductB2();)1 cla

18、ss ProductAI:AbstractProductA23 public override void Interact(Abstract Product B b)45 Console.WriteLine(this.GetType().Name+interact with+b.GetType().Name);6)7 1 class ProductBI:AbstractProductB2 3 public override void Interact(AbstractProductA a)4 5 Console.WriteLine(this.GetType().Name+interact wi

19、th+a.GetType().Name);6)7 1 class ProdcutA2:AbstractProductA2 3 public override void Interact(AbstractProductB b)4 5 Console.WriteLine(this.GetType().Name+interact with+b.GetType().Name);6)7)1 class ProductB2:AbstractProductB2 3 public override void lnteract(AbstractProductA a)4 5 Console.WriteLine(t

20、his.GetType().Name+Interact with+a.GetType().Name);6)7 1 public static void Main()2 3/Abstractfactoryl4 Abstract Factory factoryl=new ConcreteFactoryl();5 Client c1=new Client(factory1);6 c1.Run();7/Abstractfactory28 Abstract Factory factory2=new ConcreteFactory2();9 Client c2=new Client(factory2);1

21、0 c2.Run();11)A bstract Factory 注 意 的 几 点：如 果 不 存 在”多 系 列 对 象 创 建 的 需 求 变 化，则 没 必 要 应 用 Abstract Factory模 式，静 态 工 厂 方 法 足 矣。系 列 对 象”指 的 是 这 些 对 象 之 间 有 相 互 依 赖、或 作 用 的 关 系。例 如 游 戏 开 发 场 景 中 的 道 路 与 房 屋 依 赖，“道 路”与“地 道”的 依 赖。A bstract F a c to ry模 式 主 要 在 于 应 对 新 系 列”的 需 求 变 动。其 缺 点 在 于 难 以 应 对”新 对 象“

22、的 需 求 变 动。A bstract F a c to ry模 式 经 常 和 Factory M e th o d模 式 共 同 组 合 来 应 对 对 象 创 建”的 需 求 变 化 12.3 建 造 者 模 式(Builder)B uilder模 式 的 缘 起：假 设 创 建 游 戏 中 的 一 个 房 屋 House设 施，该 房 屋 的 构 建 由 儿 部 分 组 成，且 各 个 部 分 富 于 变 化。如 果 使 用 最 直 观 的 设 计 方 法，每 一 个 房 屋 部 分 的 变 化，都 将 导 致 房 屋 构 建 的 重 新 修 正 动 机(M otivation):在

23、软 件 系 统 中，有 时 候 面 临 一 个“复 杂 对 象”的 创 建 工 作，其 通 常 由 各 个 部 分 的 子 对 象 用 一 定 算 法 构 成;由 于 需 求 的 变 化，这 个 复 杂 对 象 的 各 个 部 分 经 常 面 临 着 剧 烈 的 变 化，但 是 将 它 们 组 合 到 一 起 的 算 法 却 相 对 稳 定。如 何 应 对 种 变 化 呢？如 何 提 供 种“封 装 机 制”来 隔 离 出“笈 杂 对 象 的 各 个 部 分 的 变 化，从 而 保 持 系 统 中 的 稳 定 构 建 算 法 不 随 需 求 的 改 变 而 改 变？意 图(I n te n t

24、)：将 一 个 复 杂 对 象 的 构 建 与 其 表 示 相 分 离，使 得 同 样 的 构 建 过 程 可 以 创 建 不 同 的 表 示。.设 计 模 式 GOF结 构 图(Struct):Director Builder协 作(C o lla b o ra tio n s):aClientXaDirectoraConcreteBuildernew ConcreleBuitdernew DireclorfaCorKreleBuikJer)Construct，):2BuiWPaBuikJPartBOBuiklPartCOGetResultOT生 活 中 的 例 子:E 葬 铸 E G 工适

25、 用 性：1.当 创 建 复 杂 对 象 的 算 法 应 该 独 立 于 该 对 象 的 组 成 部 分 以 及 它 们 的 装 配 方 式 时。2.当 构 造 过 程 必 须 允 许 被 构 造 的 对 象 有 不 同 的 表 示 时。实 例 代 码：Builder 类：1 public abstract class Builder23 public abstract void BuildDoor();4 public abstract void BuildWall();5 public abstract void BuildWindows();6 public abstract void

26、BuildFloor();7 public abstract void BuildHouseCeiling();89 public abstract House GetHouse();10)Director类：这 部 分 是 组 合 到 起 的 算 法（相 对 稳 定）1 public class Director2 3 public void Construct(Builder builder)4(5 builder.BuildWall();6 builder.BuildHouseCeiling();7 builder.BuildDoor();8 builder.BuildWindows()

27、;9 builder.BuildFloor();10)1 1)ChineseBuilder 类 1 public class ChineseBuilder:Builder2(3 private House ChineseHouse=new House();4 public override void BuildDoor()5 6 Console.WriteLine(nthis Doors style of Chinese);78 public override void BuildWall()9 10 Console.WriteLine(uthis Wall s style of Chines

28、e);1 1)12 public override void BuildWindows()13 14 Console.WriteLine(this Windowss style of Chinese);15 16 public override void BuildFloor()17 18 Console.WriteLine(this Floors style of Chinese);19 20 public override void BuildHouseCeiling()21 22 Console.WriteLine(this Ceilings style of Chinese);23 2

29、4 public override House GetHouse()25 26 return ChineseHouse;27)28)RomanBuilder 类：1 class RomanBuilder:Builder2(3 private House RomanHouse=new House();4 public override void BuildDoor()5 6 Console.WriteLine(this Door s style of Roman);7)8 public override void BuildWall()9 10 Console.WriteLine(Hthis W

30、alls style of Roman);1 1)12 public override void BuildWindows()13 14 Console.WriteLine(this Windowss style of Roman);15)16 public override void BuildFloor()17 18 Console.WriteLine(this Floor s style of Roman);19)20 public override void BuildHouseCeiling()21 22 Console.WriteLine(this Ceilings style o

31、f Roman);23)24 public override House GetHouse()25 26 return RomanHouse;27 28)ChineseBuilder和 RomanBuilder这 两 个 是：这 个 复 杂 对 象 的 两 个 部 分 经 常 面 临 着 剧 烈 的 变 化。1 public class Client2 3 public static void Main(string args)4 5 Director director=new Director();67 Builder instance;89 Console.WriteLine(Please

32、 Enter House No:);101 1 string No=Console.Read Li ne();1213 string houseType=Conf ig u rat ion Sett ings.AppSettings No+No;1415 instance=(Builder)Assembly.Load(House).Great el nstance(House.+houseType);1617 director.Construct(instance);1819 House house=instance.GetHouse();20 house.Show();2122 Consol

33、e.ReadLine();23)24)1 2 3 4 5 6 7 B u ild e r模 式 的 几 个 要 点：B u ild e r模 式 主 要 用 于“分 步 骤 构 建 一 个 复 杂 的 对 象”。在 这 其 中“分 步 骤”是 一 个 稳 定 的 乘 法，而 复 杂 对 象 的 各 个 部 分 则 经 常 变 化。B u ild e r模 式 主 要 在 于 应 对“复 杂 对 象 各 个 部 分”的 频 繁 需 求 变 动。其 缺 点 在 于 难 以 应 对“分 步 骤 构 建 算 法”的 需 求 变 动。A bstract F a c to ry模 式 解 决“系 列 对

34、象”的 需 求 变 化，B u ild e r模 式 解 决“对 象 部 分”的 需 求 变 化。Builder械 通 常 和 Composite模 式 组 合 使 用 12.4 工 厂 方 法 模 式(Factory Method)耦 合 关 系：耦 合 关 系 直 接 决 定 着 软 件 面 对 变 化 时 的 行 为-模 块 与 模 块 之 间 的 紧 耦 合 使 得 软 件 面 对 变 化 时，相 关 的 模 块 都 要 随 之 更 改-模 块 与 模 块 之 间 的 松 耦 合 使 得 软 件 面 对 变 化 时，一 些 模 块 更 容 易 被 替 换 或 者 更 改，但 其 他 模

35、 块 保 持 不 变 动 机（M o tiv a tio n）:在 软 件 系 统 中，由 于 需 求 的 变 化，”这 个 对 象 的 具 体 实 现“经 常 面 临 着 剧 烈 的 变 化，但 它 却 有 比 较 稳 定 的 接 口。如 何 应 对 这 种 变 化 呢？提 供 一 种 封 装 机 制 来 隔 离 出 这 个 易 变 对 象 的 变 化，从 而 保 持 系 统 中 其 它 依 赖 的 对 象 不 随 需 求 的 变 化 而 变 化。意 图（I n te n t）:定 义 一 个 用 户 创 建 对 象 的 接 口，让 子 类 决 定 实 例 哪 一 个 类。Factory M

36、 ethod使 一 个 类 的 实 例 化 延 迟 到 子 类。-设 计 模 式 GOF结 构 图（S tru c t）:生 活 实 例:适 用 性：1.当 一.个 类 不 知 道 它 所 必 须 创 建 的 对 象 类 的 时 候。2.当 一 个 类 希 望 由 它 子 类 来 指 定 它 所 创 建 对 象 的 时 候。3.当 类 将 创 建 对 象 的 职 责 委 托 给 多 个 帮 助 子 类 中 的 某 个，并 且 你 希 望 将 哪 一 个 帮 助 子 类 是 代 理 者 这 一 信 息 局 部 化 的 时 候。实 例 代 码：CarFactory 类：1 public abstr

37、act class CarFactory2(3 public abstract Car CarCreate();4)Car 类：1 public abstract class Car2(3 public abstract void StartUp();4 public abstract void Run();5 public abstract void Stop();67 HongQiCarFactory 类：1 public class HongQiCarFactory:CarFactory23 public override Car CarCreate()4(5 return new Ho

38、ngQiCar();6)7 BMWCarFactory 类：1 public class BMWCarFactory:CarFactory2 3 public override Car CarCreate()4 5 return new BMWCar();6)7 HongQiCar 类：1 public class HongQiCar:Car2(3 public override void StartUp()4(5 Console.WriteLine(HTest HongQiCar start-up speed!);6)7 public override void Run()8 9 Conso

39、le.WriteLine(The HongQiCar run is very quickly!*);10)11 public override void Stop()12 13 Console.WriteLine(The slow stop time is 3 second);14)15)BMWCar 类：1 public class BMWCar:Car2(3 public override void StartUpO45 Console.WriteLine(The BMWCar start-up speed is very quickly);6)7 public override void

40、 Run()8 9 Console.WriteLine(HThe BMWCar run is quitely fast and safe!*);10)11 public override void Stop()12 13 Console.WriteLine(The slow stop time is 2 second);14)15)app.config1 2 3 4 5 6 7 Program 类：1 class Program2 3 static void Main(string args)4(5 Console.WriteLine(Please Enter Factory Method N

41、o:);6 Co n sole WriteLine(*.7 Console.WriteLine(uno Factory Method*);8 Console.WriteLine(n1 HongQiCarFactory);9 Console.WriteLine(H2 BMWCarFactoryH);Q Console W rite Li n G(1 1*”).11 int no=Int32,Parse(Console.ReadLine().ToString();12 string factoryType=ConfigurationManager.AppSettingsNo+no;13/CarFa

42、ctory factory=new HongQiCarFactory();14 CarFactory factory=(CarFactory)Assembly.Load(FactoryMehtod).Createlnstance(FactoryMehtod.+factoryType);15 Car car=factory.CarCreate();16 car.StartUp();17 car.Run();18 car.Stop();1920)21)Factory M e th o d模 式 的 几 个 要 点：Factory Method模 式 主 要 用 于 隔 离 类 对 象 的 使 用

43、者 和 具 体 类 型 之 间 的 耦 合 关 系。面 对 一 个 经 常 变 化 的 具 体 类 型，紧 耦 合 关 系 会 导 致 软 件 的 脆 弱。Factory Method模 式 通 过 面 向 对 象 的 手 法，将 所 要 创 建 的 具 体 对 象 工 作 延 迟 到 子 类，从 而 实 现 种 扩 展(而 非 更 改)的 策 略，较 好 地 解 决 了 这 种 紧 耦 合 关 系。Factory M ehtod模 式 解 决 单 个 对 象 的 需 求 变 化，AbstractFactory模 式 解 决 系 列 对 象 的 需 求 变 化，B uilder模 式 解 决“

44、对 象 部 分”的 需 求 变 化 125 原 型 模 式(Prototype)依 赖 关 系 倒 置：抽 象 不 应 该 依 赖 于 实 现 细 节,实 现 细 节 应 该 依 赖 于 抽 象。-抽 象 A直 接 依 赖 于 实 现 细 节 b-抽 象 A依 赖 于 抽 象 B,实 现 细 节 b依 赖 于 抽 象 B抽 象 A 实 现 细 节 b/抽 象 B实 现 细 节 b动 机(Motivate):在 软 件 系 统 中，经 常 面 临 着“某 些 结 构 复 杂 的 对 象 的 创 建 工 作;由 于 需 求 的 变 化，这 些 对 象 经常 面 临 着 剧 烈 的 变 化，但 是

45、它 们 却 拥 有 比 较 稳 定 一 致 的 接 口。如 何 应 对 这 种 变 化？如 何 向“客 户 程 序(使 用 这 些 对 象 的 程 序)隔 离 出“这 些 易 变 对 象”，从 而 使 得“依 赖 这 些 易 变 对 象 的 客 户 程 序”不 随 着 需 求 改 变 而 改 变？意 图(Intent):用 原 型 实 例 指 定 创 建 对 象 的 种 类，并 且 通 过 拷 贝 这 些 原 型 创 建 新 的 对 象。-设 计 模 式 G O F结 构 图(S tru c t):PrototypeClone()Client 产 怵 Operationf)ConcretePr

46、ototypelClone。9ConcreteProlotype2Clone()Areturn copy of self return copy of生 活 例 子:适 用 性:1.当 一 个 系 统 应 该 独 立 于 它 的 产 品 创 建，构 成 和 表 示 时;2.当 要 实 例 化 的 类 是 在 运 行 时 刻 指 定 时，例 如，通 过 动 态 装 载；3.为 了 避 免 创 建 一 个 与 产 品 类 层 次 平 行 的 工 厂 类 层 次 时；4.当 一 个 类 的 实 例 只 能 有 几 个 不 同 状 态 组 合 中 的 一 种 时。建 立 相 应 数 目 的 原 型 并

47、 克 隆 它 们 可 能 比 每 次 用 合 适 的 状 态 手 工 实 例 化 该 类 更 方 便 一 些。示 意 性 代 码 例 r：1 public abstract class NormalActor2 3 public abstract NormalActor clone();4)1 public class NormalActorA:NormalActor2 3 public override NormalActor clone()4 5 Console.WriteLine(NormalActorA is call*);6 return(NormalActor)this.Membe

48、rwiseClone();78)9)1 public class NormalActorB:NormalActor2 3 public override NormalActor clone()4(5 Con sole.WriteLine(NormalActorB was called);6 return(NormalActor)th is.Mem berwiseClone();78 9)public class GameSystempublic void Run(NormalActor normalActor)NormalActor normalActorl=norm al Act or.ci

49、on e();NormalActor normalActor2=norm al Actor.clone();NormalActor normalActor3=normalActor.clone();NormalActor normalActor4=norm al Actor,cion e();NormalActor normalActor5=normalActor.clone();)classProgram(static void Main(string args)(GameSystem gameSystem=new GameSystem();gameSystem.Run(new Normal

50、ActorA();)如 果 又 需 要 创 建 新 的 对 象(flyA ctor),只 需 创 建 此 抽 象 类，然 后 具 体 类 进 行 克 隆。public abstract class FlyActor(public abstract FlyActor clone();)public class FlyActorB:FlyActor(/浅 拷 贝，如 果 用 深 拷 贝，可 使 用 序 列 化/public override FlyActor clone()return(FlyActor)this.MemberwiseClone();)此 时，调 用 的 Main。函 数 只 需