Шаблоны игрового программирования
Шаблоны игрового программирования — это набор повторно используемых решений общих проблем, с которыми разработчики игр сталкиваются при создании игр. Эти шаблоны предназначены для улучшения качества кода, снижения сложности и повышения гибкости и удобства сопровождения игровых проектов.
Unity — популярный игровой движок, предоставляющий широкий набор инструментов и функций для разработки игр. В этом блоге мы рассмотрим некоторые наиболее полезные шаблоны программирования игр, которые можно применять при работе с Unity.
Здесь рассматриваются следующие шаблоны программирования:
- Синглтон
- Наблюдатель
- Команда
- Фабрика
- Компонент
- Бассейн
- Поиск сервисов
- Состояние
- Сувениры
- Управляемый данными
- Стратегия
- Шаблон
- Декоратор
- Цепочка ответственности
- Наилегчайший вес
- Фасад
- Адаптер
- Медиатор
- Итератор
- Посетитель
- Мост
- Команда
Одноэлементный шаблон
Одноэлементный шаблон — это шаблон проектирования, который гарантирует, что класс имеет только один экземпляр, и обеспечивает глобальную точку доступа к нему. Этот шаблон часто используется в разработке игр для управления глобальным состоянием игры, таким как счет игрока или текущий уровень.
Чтобы реализовать шаблон синглтона в Unity, вы можете использовать шаблон синглтона «MonoBehaviour», который включает создание скрипта MonoBehaviour, который можно прикрепить к игровому объекту в сцене, а затем доступ к скрипту через метод «FindObjectOfType».
Шаблон наблюдателя
Шаблон наблюдателя — это шаблон проектирования, в котором объект, называемый субъектом, ведет список своих зависимых объектов, называемых наблюдателями, и автоматически уведомляет их о любых изменениях состояния, обычно вызывая один из их методов. Этот шаблон полезен для разделения объектов и позволяет им взаимодействовать друг с другом, не зная о деталях реализации друг друга.
В Unity шаблон наблюдателя можно реализовать с помощью событий и делегатов. Класс может определить событие, а другие классы могут подписаться на это событие и выполнить метод при возникновении события. Это позволяет объектам взаимодействовать друг с другом без прямой ссылки друг на друга.
Шаблон команды
Шаблон команды — это шаблон проектирования, в котором объект используется для инкапсуляции всей информации, необходимой для выполнения действия или запуска события в более позднее время. Этот шаблон полезен для реализации функций отмены/возврата или для отделения выполнения действия от объекта, вызывающего действие.
В Unity шаблон команды может быть реализован с помощью класса «Command», который определяет метод выполнения действия, и класса «CommandQueue», который хранит список команд и выполняет их по порядку. Это позволяет легко добавлять и удалять команды из очереди, а также выполнять их в любое время.
Заводская выкройка
Фабричный шаблон — это шаблон проектирования, который предоставляет интерфейс для создания объектов в суперклассе, но позволяет подклассам изменять тип создаваемых объектов. Этот шаблон удобен для создания объектов, которые имеют схожие свойства, но отличаются в некоторых аспектах, таких как тип врага в игре.
В Unity фабричный паттерн можно реализовать с помощью класса «Factory», определяющего метод создания объектов, и ряда классов «ConcreteFactory», которые переопределяют метод и создают объекты определенного типа. Это позволяет вам легко создавать различные типы объектов без изменения фабричного класса.
Шаблон компонента
Шаблон компонента — это шаблон проектирования, в котором объект состоит из нескольких меньших объектов, называемых компонентами, каждый из которых обрабатывает определенный аспект поведения или внешнего вида объекта. Этот шаблон полезен для создания модульного и многократно используемого кода, а также для разделения задач внутри объекта.
В Unity шаблон компонента реализуется с помощью класса MonoBehaviour, который является базовым классом для всех скриптов в Unity. Каждый скрипт MonoBehaviour представляет собой компонент, который может быть присоединен к GameObject и определяет определенный аспект поведения объекта.
Например, вы можете создать сценарий «MovementComponent», который обрабатывает движение персонажа, сценарий «AnimationComponent», который обрабатывает анимацию персонажа, и сценарий «HealthComponent», который обрабатывает здоровье персонажа. Каждый из этих скриптов может быть прикреплен к одному и тому же GameObject, что позволяет объекту иметь несколько вариантов поведения.
Шаблон бассейна
Шаблон пула — это шаблон проектирования, в котором поддерживается пул объектов, а объекты используются повторно вместо создания новых при необходимости. Этот шаблон полезен для оптимизации производительности за счет сокращения количества выделений и освобождений объектов, которые могут быть дорогостоящими операциями.
В Unity шаблон пула можно реализовать с помощью класса «Пул», который поддерживает список неактивных объектов и метод для создания и активации новых объектов при необходимости. Когда объект больше не нужен, его можно деактивировать и вернуть в пул для повторного использования.
Этот шаблон обычно используется для объектов, которые часто создаются и уничтожаются, таких как пули или враги в игре. Используя пул, вы можете сократить накладные расходы на постоянное выделение и освобождение объектов и повысить производительность своей игры.
Шаблон локатора сервисов
Шаблон локатора служб — это шаблон проектирования, в котором центральный реестр, называемый локатором служб, используется для поиска и извлечения объектов, предоставляющих определенную службу или функциональность. Этот шаблон полезен для разделения объектов и предоставления им доступа к службам, не зная деталей реализации службы.
В Unity шаблон локатора сервисов можно реализовать с помощью класса ServiceLocator, который поддерживает список сервисов и предоставляет методы для их регистрации и получения. Затем другие объекты могут использовать локатор службы для доступа к нужным им службам, не имея прямой ссылки на реализацию службы.
Этот шаблон полезен для управления зависимостями между объектами и уменьшения тесной связи между ними. Используя локатор сервисов, вы можете повысить гибкость и удобство сопровождения своего кода, а также упростить изменение или замену сервисов по мере необходимости.
Шаблон состояния
Шаблон состояния — это шаблон проектирования, в котором поведение объекта определяется его текущим состоянием, а объект переходит между состояниями в ответ на события или действия. Этот шаблон полезен для инкапсуляции сложного поведения и позволяет объектам изменять свое поведение во время выполнения.
В Unity паттерн состояния можно реализовать с помощью класса State, который определяет поведение для конкретного состояния, и класса StateMachine, который поддерживает список состояний и переходов между ними. Затем конечный автомат можно присоединить к игровому объекту и управлять его поведением в зависимости от текущего состояния.
Например, вы можете создать конечный автомат для персонажа в игре с состояниями бездействия, ходьбы, бега и прыжков. Затем конечный автомат может переключаться между этими состояниями в зависимости от действий игрока и других условий, таких как скорость персонажа или наличие препятствий.
Памятный узор
Шаблон сувенира — это шаблон проектирования, в котором внутреннее состояние объекта сохраняется в объекте сувенира, и этот сувенир можно использовать для восстановления объекта в это состояние позже. Этот шаблон полезен для реализации функций отмены/возврата или для сохранения и восстановления состояния объекта.
В Unity шаблон сувенира можно реализовать с помощью класса «Memento», в котором хранится внутреннее состояние объекта, и класса «Caretaker», который поддерживает список сувениров и может восстанавливать объект до предыдущего состояния с помощью сувенира.
Например, шаблон сувенира можно использовать для реализации системы отмены/возврата для редактора игровых уровней, позволяющей пользователю отменять и повторять изменения макета уровня. Сувенир может хранить состояние объектов уровня, и смотритель может использовать сувениры, чтобы восстановить уровень до предыдущего состояния.
Шаблон проектирования, управляемый данными
Шаблон проектирования, управляемый данными, — это шаблон проектирования, в котором поведение объекта или системы управляется внешними данными, а не жестко закодированной логикой. Этот шаблон полезен для создания гибких и настраиваемых систем, которые можно легко модифицировать без изменения кода.
В Unity шаблон проектирования, управляемый данными, может быть реализован с использованием файлов ресурсов, таких как файлы XML или JSON, для хранения данных, определяющих поведение системы. Затем данные можно загружать и анализировать во время выполнения, а также использовать для управления поведением объектов в игре.
Например, вы можете использовать шаблон проектирования на основе данных для создания системы настройки персонажа, позволяющей игроку выбирать из множества различных вариантов для настройки внешнего вида и способностей своего персонажа. Данные для параметров настройки можно хранить во внешнем файле и загружать во время выполнения, что позволяет легко добавлять и изменять параметры без изменения кода.
Используя шаблон проектирования на основе данных, вы можете создавать более гибкие и настраиваемые игры и упростить изменение и обновление игровых систем.
Паттерн стратегии
Шаблон стратегии — это шаблон проектирования, в котором объект, называемый контекстом, поддерживает ссылку на объект стратегии и делегирует часть своего поведения стратегии. Этот шаблон полезен для того, чтобы позволить объектам изменять свое поведение во время выполнения, а также для создания гибкого и многократно используемого кода.
В Unity шаблон стратегии можно реализовать с помощью интерфейса, определяющего поведение стратегии, и конкретных классов, реализующих это поведение. Затем объект контекста может поддерживать ссылку на интерфейс стратегии и делегировать поведение конкретной стратегии.
Например, шаблон стратегии можно использовать для создания системы ИИ персонажа, в которой персонаж может переключаться между различными видами поведения ИИ, такими как патрулирование, погоня или атака, в зависимости от действий игрока. Объект контекста может быть персонажем, а стратегии могут быть конкретными классами, определяющими различные варианты поведения ИИ.
Шаблон метода шаблона
Шаблон метода шаблона — это шаблон проектирования, в котором абстрактный класс определяет метод шаблона, содержащий ряд шагов, а конкретные подклассы переопределяют один или несколько шагов для обеспечения определенного поведения. Этот шаблон полезен для создания общей структуры для группы связанных алгоритмов и позволяет подклассам предоставлять конкретные детали.
В Unity шаблон метода шаблона может быть реализован с помощью абстрактного сценария MonoBehaviour, определяющего метод шаблона, и конкретных сценариев MonoBehaviour, которые переопределяют один или несколько шагов для обеспечения определенного поведения.
Например, вы можете использовать шаблон метода шаблона для создания диалоговой системы, в которой разные персонажи имеют разные параметры диалога, но общая структура диалога одинакова. Абстрактный сценарий может определять метод шаблона с шагами для отображения диалога и обработки ответов игрока, а конкретные сценарии могут переопределять конкретные параметры диалога для каждого персонажа.
Используя шаблон метода шаблона, вы можете создать общую структуру для связанных алгоритмов и разрешить подклассам предоставлять конкретные детали, улучшая повторное использование и удобство сопровождения вашего кода.
Шаблон декоратора
Шаблон декоратора — это шаблон проектирования, в котором объект украшается дополнительными обязанностями или поведением во время выполнения путем помещения объекта в один или несколько объектов декоратора. Этот шаблон полезен для добавления нового поведения к объекту без изменения его класса, а также для создания гибкого и многократно используемого кода.
В Unity шаблон декоратора можно реализовать с помощью базового класса или интерфейса, определяющего поведение объекта, и конкретных классов декоратора, которые обертывают базовый объект и добавляют новое поведение.
Например, шаблон декоратора можно использовать для создания системы усиления, в которой можно комбинировать различные усиления для создания пользовательских эффектов. Базовый класс может определять базовое поведение при включении, а классы-декораторы могут добавлять дополнительное поведение, например увеличение скорости или урона игрока.
С помощью шаблона декоратора вы можете добавлять новое поведение к объекту во время выполнения и создавать гибкий и повторно используемый код для своих проектов Unity.
Схема цепочки ответственности
Шаблон цепочки ответственности — это шаблон проектирования, в котором запрос передается через цепочку объектов, каждый объект имеет возможность обработать запрос или передать его следующему объекту в цепочке. Этот шаблон полезен для отделения отправителя запроса от его получателя, а также для обеспечения возможности обработки запроса несколькими объектами гибким и модульным способом.
В Unity шаблон цепочки ответственности может быть реализован с использованием класса «Handler», который определяет метод обработки запроса и ссылку на следующий обработчик в цепочке, и класса «ConcreteHandler», который переопределяет метод для обеспечения определенного поведения. .
Например, вы можете использовать шаблон цепочки ответственности для создания системы повреждений, в которой разные типы повреждений могут обрабатываться разными объектами. Обработчик может быть абстрактным классом, определяющим базовое поведение при обработке повреждений, а конкретные обработчики могут быть классами, специализирующимися на обработке определенных типов повреждений, таких как огонь или яд.
Используя шаблон цепочки ответственности, вы можете создать гибкую и модульную систему для обработки запросов и повысить удобство сопровождения вашего кода.
Модель наилегчайшего веса
Шаблон легковеса — это шаблон проектирования, в котором общие объекты используются для уменьшения количества объектов в системе и повышения производительности. Этот шаблон полезен для оптимизации использования ресурсов, особенно в системах с большим количеством объектов со схожими характеристиками.
В Unity шаблон легковеса может быть реализован с использованием класса «Легковес», который определяет общее состояние объектов, и класса «Конкретно-легковес», который хранит уникальное состояние объектов и использует общее состояние для выполнения своих операций.
Например, вы можете использовать паттерн легковеса для оптимизации использования ресурсов в игре с большим количеством врагов, которые имеют сходное поведение и внешний вид. Весы могут определять общее поведение и внешний вид врагов, а конкретные веса могут хранить уникальное состояние, например положение и здоровье врага.
Используя шаблон легковеса, вы можете повысить производительность своих проектов Unity и сократить накладные расходы на обслуживание большого количества объектов.
Шаблон фасада
Шаблон фасада — это шаблон проектирования, в котором для сложной системы предоставляется упрощенный интерфейс, скрывающий сложность и обеспечивающий единую точку входа для клиентов. Этот шаблон полезен для уменьшения зависимости между клиентами и системой, а также для повышения удобства использования и ремонтопригодности системы.
В Unity шаблон фасада можно реализовать с помощью класса «Фасад», который предоставляет упрощенный интерфейс для сложной системы и делегирует запросы соответствующим объектам в системе.
Например, вы можете использовать шаблон фасада для создания упрощенного интерфейса редактора уровней, который предоставляет пользователю только необходимые функции, скрывая при этом сложность базовой системы. Фасад может предоставлять методы для создания и изменения объектов на уровне и делегировать запросы соответствующим объектам в редакторе.
Используя шаблон фасада, вы можете повысить удобство использования и ремонтопригодность ваших проектов Unity, а также уменьшить зависимость между клиентами и системой.
Шаблон адаптера
Шаблон адаптера — это шаблон проектирования, в котором класс адаптера преобразует интерфейс класса в другой интерфейс, ожидаемый клиентом. Этот шаблон полезен для совместной работы классов с несовместимыми интерфейсами и для создания повторно используемого кода.
В Unity шаблон адаптера может быть реализован с помощью класса «Адаптер», который реализует ожидаемый интерфейс и делегирует запросы объекту с несовместимым интерфейсом.
Например, шаблон адаптера можно использовать для интеграции сторонней библиотеки в ваш проект Unity. Адаптер может реализовать интерфейс, ожидаемый вашим проектом, и делегировать запросы сторонней библиотеке, что позволяет им беспрепятственно работать вместе.
Используя шаблон адаптера, вы можете интегрировать несовместимые классы в свои проекты Unity и создавать повторно используемый код.
Паттерн посредника
Шаблон посредника — это шаблон проектирования, в котором класс посредника действует как посредник между группой объектов, позволяя им косвенно взаимодействовать друг с другом и уменьшая зависимости между ними. Этот шаблон полезен для разделения объектов и повышения удобства обслуживания системы.
В Unity шаблон посредника может быть реализован с использованием класса «Посредник», который определяет методы связи и поддерживает список объектов, которые он передает. Затем объекты могут общаться друг с другом через посредника, не имея прямой ссылки друг на друга.
Например, вы можете использовать шаблон посредника для создания системы обмена сообщениями, в которой разные объекты могут отправлять и получать сообщения, не зная о реализации друг друга. Посредник может определять методы отправки и получения сообщений и вести список объектов, зарегистрированных для получения сообщений.
Используя шаблон посредника, вы можете повысить удобство сопровождения ваших проектов Unity и уменьшить зависимости между объектами.
Шаблон итератора
Шаблон итератора — это шаблон проектирования, в котором класс итератора предоставляет способ последовательного доступа к элементам агрегатного объекта без раскрытия внутреннего представления объекта. Этот шаблон полезен для того, чтобы позволить клиентам перебирать коллекцию объектов, не зная деталей реализации.
В Unity шаблон итератора можно реализовать с помощью класса Iterator, который определяет интерфейс для перебора элементов агрегатного объекта, и класса ConcreteIterator, реализующего итератор для определенного типа агрегатного объекта.
Например, вы можете использовать шаблон итератора для создания системы для итерации элементов игрового уровня, таких как объекты, враги или контрольные точки. Итератор может определять интерфейс для доступа к элементам уровня, а конкретный итератор может реализовывать итератор для конкретного типа уровня.
Используя шаблон итератора, вы можете позволить клиентам выполнять итерацию по набору объектов унифицированным образом и улучшить повторное использование и удобство сопровождения вашего кода.
Шаблон посетителя
Шаблон посетителя — это шаблон проектирования, в котором объект, называемый посетителем, выполняет операции над элементами структуры объекта, не изменяя класс структуры. Этот шаблон полезен для отделения алгоритма от структуры объекта, с которой он работает, и для возможности независимой модификации алгоритма.
В Unity шаблон посетителя можно реализовать с помощью интерфейса «Посетитель», определяющего операции, которые можно выполнять над элементами структуры объекта, и класса «ConcreteVisitor», реализующего операции для определенного типа структуры объекта.
Например, вы можете использовать паттерн посетитель для создания системы применения эффектов к игровым объектам, таких как наложение эффекта повреждения или эффекта усиления. Посетитель может определить интерфейс для применения эффектов, а конкретный посетитель может реализовать определенные эффекты для каждого типа объекта.
Используя шаблон посетителя, вы можете отделить алгоритмы, которые работают со структурой объекта, от самой структуры и улучшить повторное использование и удобство сопровождения вашего кода.
Шаблон моста
Шаблон моста — это шаблон проектирования, в котором абстракция отделена от ее реализации, что позволяет им изменяться независимо друг от друга. Этот шаблон полезен для создания гибкого и многократно используемого кода, а также для отделения абстракции от деталей реализации.
В Unity шаблон моста может быть реализован с использованием класса «Абстракция», который определяет интерфейс для абстракции и ссылки на объект реализации, и интерфейса «Реализация», который определяет интерфейс для реализации, и конкретных классов, реализующих интерфейс. .
Например, шаблон моста можно использовать для создания системы рендеринга игровых объектов, позволяя визуализировать объекты с использованием различных методов, таких как рендеринг спрайтов или 3D-рендеринг. Абстракция может определять интерфейс для рендеринга объектов, а реализация может определять интерфейс для метода рендеринга с конкретными реализациями для каждого метода.
Используя шаблон моста, вы можете создавать гибкий и повторно используемый код и отделять абстракцию от деталей реализации, повышая удобство сопровождения вашего кода.
Шаблон команды
Шаблон команды — это шаблон проектирования, в котором объект, называемый командой, представляет действие или запрос и инкапсулирует всю информацию, необходимую для выполнения действия. Этот шаблон полезен для отделения отправителя запроса от его получателя, а также для постановки запросов в очередь или отмены их выполнения.
В Unity шаблон команды может быть реализован с использованием интерфейса «Команда», который определяет интерфейс для команды, и конкретных классов, которые реализуют интерфейс и определяют конкретное действие или запрос.
Например, шаблон команды можно использовать для создания системы выполнения действий в игре, таких как перемещение персонажа или использование предмета. Команда может определять интерфейс для выполнения действия, а конкретные команды могут определять конкретное действие или запрос.
Используя шаблон команды, вы можете отделить отправителя запроса от его получателя и разрешить ставить запросы в очередь или отменять их, повышая гибкость и удобство сопровождения вашего кода.
Заключение
Используя эти и другие шаблоны программирования игр, вы можете улучшить структуру и удобство сопровождения своих проектов Unity, а также создавать более эффективные и масштабируемые игры.
