奇幻RPG(角色技能 与 Strategy模式)
奇幻RPG(角色技能 与 Strategy模式)
引言
看过一些设计模式方面的书籍和文章,虽然很正式,很权威,(也觉得有那么一点刻板),总是觉得让人不那么好靠近。于是,我思考着像写故事一样来写下自己对设计模式的理解。我们将以一款奇幻角色扮演游戏(D&D)为蓝本,通过游戏中的模块创建或者功能实现来展示GOF的设计模式。当然,这不是一款真正意义上的游戏,只是为了了解设计模式,所以,我会尽可能的使游戏简单。废话不多说了,我们Start off吧。
继承及其问题
在开始我们的游戏之旅之前,我们需要定义玩家可以选择的角色。我们首先想到了四个角色职业:野蛮人(Barbarian)、佣兵(Soldier)、圣骑士(Paladin)、法师(Wizard)。
按照OO的思想,我们需要先定义一个抽象类作为基类,然后供这四个职业继承,以实现代码的重用。在此之前,我来分析一下角色拥有的能力(方法):
- DisplayInfo():显示角色的基本信息。(比如圣骑士:追求至善的热情、维护法律的意志、击退邪恶的力量 -- 这就是圣骑士的三件武器 ... )
- Walk():让角色行走。
- Stay():让角色站立。
一般来说,设计时会遵循这样的原则:
- 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。
- 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,每个角色都拥有DisplayInfo()、Walk() 和 Stay()的能力。其中,DisplayInfo()对于每个角色都不同;而Walk()和Stay()对每个角色都相同。于是,我们构建基类Charactor,实现了这样的设计:
在基类中实现的问题
到目前为止,我们的程序仅实现了四个角色样子各不相同,并且都能行走和站立。为了让角色更丰富一些,现在我们让角色可以装配武器,所以,我们需要新添一个方法,我们给它命名为 UseWeapon(),它的实现效果是角色手中拿起一把剑。我们首先想到的是可以将UseWeapon()放到基类中,这样可以实现代码的重用。
于是,我们的设计变成下图:
这样看上去很不错,我们利用了面向对象四大思想(抽象、封装、继承、多态)中的继承。可是好景不长,没过几天,我们觉得这样的角色设置有些单调,个性不鲜明,我们想要对游戏规则做如下修改:
- 野蛮人用斧。
- 法师不用武器。
这样,便引出了在本例中使用继承的问题:我们发现法师、野蛮人都可以用剑,而这不符合我们定义的游戏规则。
我们将上面的问题抽象化,得到的结论是: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。
覆盖基类方法的问题
这个问题似乎很好解决,既然野蛮人和法师不同,那我们只需要让野蛮人和法师覆盖基类的 UseWeapon() 方法就可以了,与此同时,我们将基类方法声明为 virtual 虚拟方法,并给出实现。这个实现,可以视为角色的默认实现(默认角色用剑)。
这一次,我们的设计变成了下面这样:
这样看上去似乎很好的解决了这个问题,直到有一天,我们又有了新的需求:
- 需要新添角色 战士(Warrior),他也使用斧。
- 需要新添角色 牧师(Cleric),他也不使用武器。
同时也带来了新的问题:
- 我们没有实现代码重用,对于 野蛮人 和战士,他们对UseWeapon()的实现是相同的(都用斧),但我们不得不将完全一样的代码在每个子类中都写一遍。
- 如果这个方法的实现需要经常改动,我们需要反复修改所有相关子类中的方法。
- 牧师 和 法师都不使用武器,但是他们都继承了UseWeapon()方法,即便是用一个什么都不做的(空的)UseWeapon()方法覆盖基类方法,他们仍会暴露出 UseWeapon() 的能力(可以从他们的实例中访问此方法)。
接口及其问题
我们发现继承并不是那么好用,尤其是使用继承 问题3 似乎难以解决,于是我们改变思路,这一次,我们使用接口来实现。
我们定义一个 IWeaponable 接口,然后从基类中去除UseWeapon()方法,然后对于可以使用武器的子类,实现这个接口;对于不可以使用武器的子类(牧师、法师),不去实现这个接口。
现在的设计变成了这样:
使用接口所产生的新问题远比它解决的问题多,我们首先看下它解决了什么问题:
- 牧师、法师 不再具有使用武器的能力,它们的实例也不会暴露出UseWeapon()方法。
再看它产生了哪些问题:
- 因为接口只是一个契约,而不包含实现,于是将有大量的子类需要实现此接口。
- 代码没有重用,所有用剑、用斧的角色,其UseWeapon()的实现方式都相同。如果将来需要修改,所有的相关子类都需要改动。
封装行为
到目前位置,我们在进行这个角色设计的时候,不管是使用继承还是使用接口,UseWeapon()方法要么是在基类中实现,要么是在子类中实现,我们实际上都是在面向实现编程。OO的一个原则是面向接口编程。面向实现编程的一个主要问题就是不够灵活,以本例而言,所有的角色,要么用剑,要么用斧,要么什么都不用。如果我想让同一个角色先用斧,再用剑,也就是动态地给他分配武器,是无法实现的。
OO有一个原则称作“Encapsulate what varies”,也就是俗称的“封装变化”。在我们当前的情况中,UseWeapon()这个行为是不断变化的,那么我们就应该想办法将它封装起来。这一次,我们依然要使用接口,但是实现此接口的类不再是我们定义的角色的基类或者子类,而是专用于UseWeapon()这个行为的类。如下图所示:
可以看出:我们将对接口的实现分放到了它自己的继承体系中,而不是放到我们的角色类中。每一个实现此接口的类完成一个特定的对UseWeapon()方法的实现。比如说,UseSword类的UseWeapon()实现是 拿起一把剑。UseAx类的UseWeapon实现是 拿起一把斧。而 UseNothing的实现是什么都不做,仅仅由角色发一句抱怨:I can't use any weapon。
现在我们要做的,就是将这个方法体系 与 我们的角色体系结合起来,具体如何做呢?就是在我们角色的基类中声明一个 IWeaponable 类型的变量,把它复合进去。如下图所示:
注意到 Character 类中仍有一个UseWeapon()方法,但是这个方法与之前的UseWeapon()方法不同:
- 它不是用来给子类去覆盖的。
- 我们通过Character的UseWeapon()方法实际去调用 IWeaponable 接口的UseWeapon()方法(实际上调用了其实体类的UseWeapon()方法)。
所以,它的代码大致是这样的:
public void UseWeapon(){
WeaponBehavior.UseWeapon();
}
而WeaponBehavior在使用之前是应该被赋值的,我们在子类的构造函数中去做这件事:
public Barbarian(){
WeaponBehavior = new UseAxe();
}
同时,因为各种UseWeapon的方法都被封装在了WeaponBehavior中,我们可以动态地改变它,我们给Character基类再添加一个更换武器的方法:
public void ChangeWeapon(IWeaponable newWeapon){
WeaponBehavior = newWeapon;
}
Strategy 模式
实际上,我们上面所做的一切,就完成了Strategy模式,现在让我们看看Stragegy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。
代码实现与测试
我们已经完成了设计,现在通过代码来实现整个过程,简单起见,我们只创建两个角色和三种武器技能(包含一个不能使用武器的实现),必要的说明会放在注释中。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
namespace Strategy {
#region 封装 UseWeapon() 行为
// 定义使用 武器接口
public interface IWeaponable {
void UseWeapon();
}
// 使用 剑 的类
public class UseSword : IWeaponable {
public void UseWeapon() {
Console.WriteLine("Action: Sword Armed. There is a sharp sword in my hands now.");
}
}
// 使用 斧 的类
public class UseAxe : IWeaponable {
public void UseWeapon() {
Console.WriteLine("Action: Axe Armed. There is a heavy axe in my hands now.");
}
}
// 不能使用武器的类
public class UseNothing : IWeaponable {
public void UseWeapon() {
Console.WriteLine("Speak: I can't use any weapon.");
}
}
#endregion
#region 定义角色类
// 角色基类
public abstract class Character {
protected IWeaponable WeaponBehavior; // 通过此接口调用实际的 UseWeapon方法。
// 使用武器,通过接口来调用方法
public void UseWeapon() {
WeaponBehavior.UseWeapon();
}
// 动态地给角色更换武器
public void ChangeWeapon(IWeaponable newWeapon){
Console.WriteLine("Haha, I've got a new equip.");
WeaponBehavior = newWeapon;
}
public void Walk() {
Console.WriteLine("I'm start to walk ...");
}
public void Stop() {
Console.WriteLine("I'm stopped.");
}
public abstract void DisplayInfo(); // 显示角色信息
}
// 定义野蛮人
public class Barbarian : Character {
public Barbarian() {
// 初始化继承自基类的WeaponBehavior变量
WeaponBehavior = new UseAxe(); // 野蛮人用斧
}
public override void DisplayInfo() {
Console.WriteLine("Display: I'm a Barbarian from northeast.");
}
}
// 定义圣骑士
public class Paladin : Character {
public Paladin() {
WeaponBehavior = new UseSword();
}
public override void DisplayInfo() {
Console.WriteLine("Display: I'm a paladin ready to sacrifice.");
}
}
// 定义法师
public class Wizard : Character {
public Wizard() {
WeaponBehavior = new UseNothing();
}
public override void DisplayInfo() {
Console.WriteLine("Display: I'm a Wizard using powerful magic.");
}
}
#endregion
// 测试程序
class Program {
static void Main(string[] args) {
Character barbarian = new Barbarian(); // 默认情况下野蛮人用斧
barbarian.DisplayInfo();
barbarian.Walk();
barbarian.Stop();
barbarian.UseWeapon();
barbarian.ChangeWeapon(new UseSword()) ; // 现在也可以使用剑
barbarian.UseWeapon();
barbarian.ChangeWeapon(new UseNothing());// 也可以让他什么都用不了,当然一不会这样:)
barbarian.UseWeapon();
}
}
}
值得注意的地方是:Strategy模式没有解决我们之前提到的问题3。法师不应该暴露出UseWeapon()的能力(NOTE:如果在VS2005下使用C#语言,当你在法师后面按下点号的时候,智能提示上应该找不到UseWeapon()方法)而不是提供一个什么都不做的UseWeapon()方法。
总结
在本文中,我们通过一个实现奇幻角色扮演游戏(RPG)的技能设计演示了设计模式中的Strategy模式。
我们首先以继承的方式来实现,然后分析了继承可能引起的问题;随后又使用接口实现了一遍,分析了使用接口会带来的问题。
最后,我们通过封装行为的Strategy模式完成了整个设计,并给出了它的定义。
希望这篇文章能对你有所帮助!
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