设计模式之美：Type Object（类型对象）

索引

• 意图
• 结构
• 参与者
• 适用性
• 效果
• 相关模式
• 实现
  • 实现方式（一）：Type Object 的经典介绍。
  • 实现方式（二）：Type Object 在游戏设计中的使用。

意图

允许在运行时动态灵活的创建新的 "类"，而这些类的实例代表着一种不同的对象类型。

Allow the flexible creation of new “classes” by creating a single class, each instance of which represents a different type of object.

结构

Type Object 模式包含两个具体类。一个用于描述对象，另一个用于描述类型。每个对象都包含一个指向其类型的指针。

参与者

TypeClass

• 是 TypeObject 的种类。
• 每个种类都会有一个单独的类。

TypeObject

• 是 TypeClass 的实例。
• 代表着一种对象。定义一种对象所包含的属性和行为。

适用性

当以下情况成立时可以使用 Type Object 模式：

• 类的实例需要根据它们的通用属性或者行为进行分组。
• 类需要为每个分组定义一个子类来实现该分组的通用属性和行为。
• 类需要大量的子类或者多种变化的子类甚至无法预期子类的变化。
• 你需要有能力在运行时创建一些无法在设计阶段预测的新的分组。
• 你需要有能力在类已经被实例化的条件下更改一个对象的子类。

效果

• 运行时创建新的类型对象。
• 避免子类膨胀。
• 客户程序无需了解实例与类型的分离。
• 可以动态的更改类型。

相关模式

• Type Object 模式有些类似于 Strategy 和 State 模式。这三种模式都是通过将对象内部的一些行为代理到外部的对象中。Stategy 和 State 通常是纯行为的代理，而 Type Object 则包含更多个共享数据状态。State 可以被频繁的更改，Type Object 则很少被改变。Strategy 通常仅包含一个职责，Type Object 则通常包含多个职责。
• Type Object 的实现与 Bridge 模式中的 Abstraction 和 Implementor 的关系很像。区别在于，客户程序可以与 Type Object 直接协作，而不会直接与 Implementor 进行交互。
• Type Object 有点像 Flyweight 一样处理它的对象。两个对象使用相同的 Type Object 可能看起来是使用的各自的实例，但实际是共享的对象。
• Type Object 可以解决多个对象共享数据和行为的问题。类似的问题也可以用 Prototype 模式来解决。

实现

实现方式（一）：Type Object 的经典介绍。

• TypeClass - Movie
• TypeObject - Star Wars, The Terminator, Independence Day
• Class - Videotape
• Object - John's Star Wars, Sue's Star Wars

namespace TypeObjectPattern.Implementation1
{
  public class Movie
  {
    public string Title { get; set; }
    public float RentalPrice { get; set; }
  }

  public class Videotape
  {
    public Videotape(Movie movie)
    {
      this.Movie = movie;
    }

    public Movie Movie { get; private set; }

    public Customer Renter { get; private set; }
    public bool IsRented { get; private set; }

    public void RentTo(Customer customer)
    {
      IsRented = true;
      Renter = customer;
      Renter.ChargeForRental(this.Movie.RentalPrice);
    }
  }

  public class Customer
  {
    public string Name { get; set; }

    public void ChargeForRental(float rental)
    {
      // pay money
    }
  }

  public class Client
  {
    public void TestCase1()
    {
      Customer john = new Customer() { Name = "John" };
      Customer sue = new Customer() { Name = "Sue" };

      Movie starWars = new Movie()
      {
        Title = "Star Wars",
        RentalPrice = 100,
      };
      Movie terminator = new Movie()
      {
        Title = "The Terminator",
        RentalPrice = 200,
      };

      Videotape starWarsVideotapeForJohn = new Videotape(starWars);
      starWarsVideotapeForJohn.RentTo(john);

      Videotape starWarsVideotapeForSue = new Videotape(starWars);
      starWarsVideotapeForSue.RentTo(john);

      Videotape terminatorVideotapeForJohn = new Videotape(terminator);
      terminatorVideotapeForJohn.RentTo(john);
    }
  }
}

实现方式（二）：Type Object 在游戏设计中的使用。

想象我们正在制作在一个虚拟角色扮演游戏。我们的任务是设计一些邪恶的怪兽(Monster)来试图杀掉我们的英雄(Hero)。怪兽有着一些不同的属性，例如生命值（Health）、攻击力（Attacks）、图像、声音等，但以举例为目的我们仅考虑前两个属性。

游戏中的每个怪兽都有自己的生命值。生命值从满血开始，每次怪兽被创伤，生命值减少。怪兽会有一个用于描述攻击的字符串，当怪兽攻击英雄时，这个字符串会被显示到用户屏幕上。

游戏设计师告诉我们，怪兽会有不同的品种（Breed），例如：猛龙（Dragon）和巨魔（Troll）。每个怪兽品种都描述了一种怪兽，在一个场景下会有多个同一种的怪兽遍布在地牢（Dungeon）中。

怪兽的品种（Breed）决定的怪兽的起始生命值，比如猛龙（Dragon）的生命值会比巨魔（Troll）的高，以使猛龙更难被杀掉。同时，同一个品种的怪兽的攻击字符串也是相同的。

通过典型的 OO 设计，我们能得到下面这段代码：

namespace TypeObjectPattern.Implementation2
{
  public abstract class Monster
  {
    public Monster(int startingHealth)
    {
      Health = startingHealth;
    }

    public int Health { get; private set; }
    public abstract string AttackString { get; }
  }

  public class Dragon : Monster
  {
    public Dragon()
      : base(500)
    {
    }

    public override string AttackString
    {
      get { return "The dragon breathes fire!"; }
    }
  }

  public class Troll : Monster
  {
    public Troll()
      : base(300)
    {
    }

    public override string AttackString
    {
      get { return "The troll clubs you!"; }
    }
  }

  public class Client
  {
    public void TestCase2()
    {
      Monster dragon = new Dragon();
      Monster troll = new Troll();
    }
  }
}

这段代码浅显易懂，使用继承的方式设计类的层级结构。一个 Dragon 是一个 Monster，满足了 "is a" 的关系。每一个怪物的品种都会用一个子类来实现。

如果游戏中有成百上千的怪物种类，则类的继承关系变得庞大。同时也意味着，增加新的怪物品种就需要增加新的子类代码。

这是可以工作的，但并不是唯一的选择。我们可以尝试另外一种架构。

因为变化较多的部分是品种（Breed）的属性配置，包括生命值和攻击字符串。

所以我们可以将品种（Breed）抽取成单独的类，每个怪物类（Monster）包含一个品种类（Breed）。

Breed 类用于定义 Monster 的 "type"。每一个 Breed 的实例描述着一种 Monster 对象的概念上的 "type"。

namespace TypeObjectPattern.Implementation3
{
  public class Breed
  {
    public int Health { get; set; }
    public string AttackString { get; set; }
  }

  public class Monster
  {
    private Breed _breed;

    public Monster(Breed breed)
    {
      _breed = breed;
    }

    public int Health
    {
      get { return _breed.Health; }
    }

    public string AttackString
    {
      get { return _breed.AttackString; }
    }
  }

  public class Client
  {
    public void TestCase3()
    {
      Breed dragonBreed = new Breed()
      {
        Health = 500,
        AttackString = "The dragon breathes fire!",
      };
      Breed trollBreed = new Breed()
      {
        Health = 300,
        AttackString = "The troll clubs you!",
      };

      Monster dragon = new Monster(dragonBreed);
      Monster breed = new Monster(trollBreed);
    }
  }
}

Type Object 在这里的优势在于，我们可以定义新的类型的怪物，而不用修改代码。并且可以在运行时动态生成新的对象和修改对象的属性。

参考资料

• Type Object - Game Programming Patterns
• The Type Object Pattern

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