读书笔记----软件设计原则、设计模式

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这个作业的目标 理解软件设计原则和设计模式

阅读《游戏编程模式》与《设计模式》笔记

《游戏编程模式》主要介绍了游戏开发中常用的四大类型，19个设计模式的用法，使用场景

目录

设计原则

LSP：里氏代换原则

Liskov Substitution Principle，LSP

  • 若在任何情况下，子类或实现类与基类都可以互换，那么继承的使用是合适的
  • 子类不能添加任何父类没有的附加约束
  • 子类对象必须可以替换基类对象

例子

正方形继承长方形类，违背LSP原则，导致出现错误。

OCP：开闭原则

Open Closed Principle，OCP

软件实体应该是可扩展的，但不可修改的

  • 对于扩展是开放的
  • 对于更改是封闭的
    • 对模块行为扩展时，不必改动模块源代码或二进制代码

OCP的关键在于抽象

  • 抽象技术：abstract class，Interface
  • 抽象预见了可能的所以扩展(闭)
  • 抽象随时可导出新的类(开 )

例子：

手开关抽屉，门，冰箱。。。

那如果手直接和可开关的具体类关联，则每次添加新的具体类都需要修改手的源代码

解决方案：新增一个接口

SRP：单一职责原则

Single Responsibility Principle，SRP

  • SRP体现了内聚性，即一个模块的组成元素直接的功能相关性
  • 类的职责定义为“变化的原因”，当一个类承担了多于一个职责，那么引起变化的原因会有多个

例子

解决方案

ISP：接口隔离原则

Interface Segregation Principle，ISP

  • 客户不应该依赖他们用不到的方法，只给每个用户它所需要的接口
  • 为避免肥接口，应该一个类实现多个接口，每个客户仅知道必须的接口
  • 要为各个类建立它们需要的专用接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。

例子：接口污染

DIP：依赖倒置原则

Dependence Inversion Principle，DIP

  • 高层模块不应该依赖底层模块，二者应该依赖于抽象
  • 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象
  • 针对接口编程，不要针对实现编程

例子：传统依赖关系

解决方案

LKP：最少知识原则

Least Knowledge Principle，又叫迪米特法则（Law of Demeter，LoD）

启发式原则

  • 依赖于抽象，即所有依赖关系都应该止于抽象类或接口
  • 任何类不应该从具体类派生
  • 任何变量不应该拥有指向具体类的指针或者引用
  • 任何方法都不应该改写任何基类中已经实现的方法

通用

外观模式

引入外观角色，为子系统的访问提供简单而单一的接口，是“迪米特法则”的体现

降低原有系统的复杂度，同时降低客户类与子系统类的耦合度，提高了客户端使用的便捷性，使得客户端无须关心子系统的工作细节

代理模式

原有类无法做的事情，交给代理类执行

例子：模拟实现MonoBehavior的帧更新和协程

装饰器模式

继承原有类，不改变原有接口，扩展新功能

适配器模式

保留现有类所提供的服务，改变原有接口，从而适配用户需求

两种适配方式

  • 对象适配器：包含原有类
  • 类适配器：继承原有类

装饰器模式和适配器模式都不改变原有类的代码

单例模式

确保一个类只有一个实例，并为其提供一个全局访问入口

观察者模式

应用

  • 游戏成就系统
    • 通过使用观察者模式，让成就系统与游戏中各个系统解耦
  • Unity里的消息中心
    • sendMessage和send

原型模式

使用特定原型实例来创建特定种类的对象，并且通过拷贝原型来创建新对象

游戏

序列型

双缓冲

存储两块缓冲区，通过交换缓冲区指针或引用，实现无缝过渡效果

应用

  • 应用情景
    • 我们需要维护一些被逐步改变着的状态量
    • 同个状态可能会在其被修改同时被访问
    • 希望避免访问状态的代码能看到具体工作过程
    • 希望能够读取状态但不希望等待写入操作的完成
  • 图形学
    • 图像渲染采用双缓冲模式，一个缓存用于展示当前帧，另一个正在被渲染代码写入数据，避免出现视觉错误
    • 处理动态模糊，当前帧和先前帧的一部分混合，从而使得产生的图像更接近真实摄像机拍摄效果
  • AI

游戏循环

游戏循环模式，实现游戏运行过程中对用户输入处理和时间处理的解耦。

使用场合

任何游戏或游戏引擎都拥有自己的游戏循环，因为游戏循环是游戏运行的主心骨。

更新方式

更新方法，通过每次处理一帧的行为来模拟一系列独立对象。

要点

  • 更新方法模式：在游戏中保持游戏对象的集合。每个对象实现一个更新方法，以处理对象在一帧内的行为。每一帧中，游戏循环对集合中的每一个对象进行更新。
  • 当离开每帧时，我们也许需要存储下状态，以备不时之需。

行为型

字节码

字节码模式，将行为编码为虚拟机器上的指令，来赋予其数据的灵活性。从而让数据易于修改，易于加载，并与其他可执行部分相隔离。有两种大风格：基于栈和基于寄存器

使用情况

  • 编译语言太底层，编写起来繁琐易错
  • 因编译时间太长或工具问题，导致迭代缓慢
  • 它的安全性太依赖编码者

子类沙盒

用一系列由基类提供的操作定义子类中的行为。

类型对象

创造一个类A来允许灵活的创造新的类，而类A的每个实例都代表了不同类型的对象。

解耦型

命令模式

原型

玩家脚本里一个具体按键对应执行一个具体事件函数

public void CheckInput()
{
	if(Input.GetButtonDown(KeyCode.X))
	{
		Jump();
	}
	......
}

改善

  • 可扩展性
    • 命令类Command，所有命令继承它
    • 输入处理类InputHandle，每个键位对应指针，可修改对应具体按键
    • 若支持无行为按键，可设指针为空，检查指针是否空来决定是否执行事件
  • 解耦
    • 将命令的发起者不再局限于玩家，执行者也不局限于玩家
      1. 将执行命令改为返回命令 命令延迟至调用具体化
      2. 传入命令发起者指针

应用

  • AI方面
    • 引入命令流，类似命令队列，不同类型AI可以混搭不同命令
  • 联机方面
    • 命令流序列化，从而传送数据流，实现命令回放
  • 撤销和重做
    • 引入命令栈，仅记录命令涉及变化的状态变量(持久化数据结构

组件模式

在单一实体跨越了多个领域时，为了保持领域之间相互解耦，可以将每部分代码放入各自的组件类中，将实体简化为组件的容器。

事件队列

在先入先出的队列中存储一系列通知或请求。发送通知时，将请求放入队列并返回。处理请求的系统在稍晚些的时候从队列中获取请求并进行处理。 这样就解耦了发送者和接收者，既静态又及时。

服务器定位器

服务类定义了一堆操作的抽象接口。具体的服务提供者实现这个接口。 分离的服务定位器提供了通过查询合适的提供者， 获取服务的方法，同时隐藏了提供者的具体细节和需要定位它的进程。

优化型

享元模式

通过将对象数据切分成两种类型，然后在每个对象实例之间共享内部状态数据来节省内存

  1. 内部状态
    • 又可称为上下文无关的状态/数据，即是不属于单一实例，能够被所有对象共享的数据
  2. 外部状态
    • 即是一个实例的状态，是唯一的，表现实例的差异性

应用

  • 场景渲染
    • 当你有太多对象并考虑对其进行轻量化时，如大型森林场景，树木内部状态数据是重复的，若通过共享可以很大程度减少数据存储量

对象池/缓冲池模式

使用固定的对象池重用对象，取代单独地分配和释放对象

数据局部性

  • 现代的CPU有缓存来加速内存读取，其可以更快地读取最近访问过的内存毗邻的内存。基于这一点，我们通过保证处理的数据排列在连续内存上，以提高内存局部性，从而提高性能。
  • 为了保证数据局部性，就要避免的缓存不命中。也许你需要牺牲一些宝贵的抽象。你越围绕数据局部性设计程序，就越放弃继承、接口和它们带来的好处。没有银弹，只有权衡。

脏标记模型

  • 脏标记，就是用来表示被标记的内容是否有被修改过的一个标志位。
  • 脏标识模式：考虑情况，当前有一组原始数据随着时间变化而改变。由这些原始数据计算出目标数据需要耗费一定的计算量。这个时候，可以用一个脏标识，来追踪目前的原始数据是否与之前的原始数据保持一致，而此脏标识会在被标记的原始数据改变时改变。那么，若这个标记没被改变，就可以使用之前缓存的目标数据，不用再重复计算。反之，若此标记已经改变，则需用新的原始数据计算目标数据。

空间分区

  • 对于一系列对象，每个对象都有空间上的位置。将它们存储在根据位置组织对象的空间数据结构中，让我们有效查询在某处或者附近的对象。 当对象的位置改变时，更新空间数据结构，这样它可以继续找到对象。
  • 最简单的空间分区：固定网格。想象某即时战略类游戏，一改在单独的数组中存储我们的游戏对象的常规思维，我们将它们存到网格的格子中。每个格子存储一组单位，它们的位置在格子的边界内部。当我们处理战斗时，一般只需考虑在同一格子或相邻格子中的单位，而不是将每个游戏中的单位与其他所有单位比较，这样就大大节约了计算量。

心得体会

在过去所开发的游戏中

观察者模式可以制作成就系统；

与事件队列配合可以制作事件中心；

频繁生成销毁的对象用对象池再好不过了；

命令模式可以使得玩家输入与逻辑处理解耦；

享元与双缓冲用于图形渲染。

使用了这些设计模式后，开发的逻辑变得更加清晰有条理；新的开发者加入也能迅速使用这些代码模块；而且优化了游戏渲染速度。

因此，合理巧妙的使用设计模式会让代码开发事半功倍。

posted @ 2021-03-16 19:47  AMzz  阅读(96)  评论(0)  编辑  收藏  举报
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