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RPG设计(角色技能与Strategy模式)

2007-12-09 张子阳 分类: 设计与模式

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)：

一般来说，设计时会遵循这样的原则：

  1. 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。
  2. 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：

  1. 野蛮人用斧。
  2. 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：

  1. 需要新添角色 战士(Warrior)，他也使用斧。
  2. 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：

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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：

再看它产生了哪些问题：

  1. 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。
  2. 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：

  1. 它不是用来给子类去覆盖的。
  2. 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（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。

感谢阅读，希望这篇文章能给你带来帮助！