RPG设计(物品锻造与Decorator模式)

2007-12-14 分类: 设计与模式

引言

物品锻造是各类奇幻游戏中的常见功能,就拿众所周知的Diablo来说吧。假设角色拥有一把单手剑,可能基础攻击力只有13,但是它有三个装备孔。当给剑镶嵌一颗蓝宝石的时候,它就拥有了额外的冰冻效果并多加2点攻击力;当给剑镶嵌一颗红宝石的时候,它又拥有了额外的火焰伤害并多加3点攻击力;当给剑镶嵌一颗绿宝石的时候,它又拥有了额外的中毒伤害并多加的4点攻击力。当然,也可以三个孔都镶嵌同一色的宝石。本文将说明如何使用Decorator模式来完成这样的设计。

使用继承来扩展

我们首先想到应该有个基类 Weapon,它供所有各式各样的武器继承,比如说Sword、Axe、Bow。Description字段代表武器的说明,比如“One-Hand light Sword”,Damage()方法则用于获取武器的伤害,GetDescription用于获取武器的说明。在不考虑宝石的情况下,我们得到下面的设计:

现在我们考虑如何创建镶嵌有宝石的武器。我们首先考虑到可以用继承来实现这样的设计,结果却发现如果我们需要定义所有嵌宝石的剑(Sword),就需要3+6+7 = 16个类(NOTE:三个物品孔,每个孔都有 蓝、红、绿 三种选择,可以两个或者三个孔同一色),如果我们给镶嵌了两颗蓝一颗红宝石的剑命名为 Blue2RedSword,给三色不同不剑命名为BlueRedGreenSword,其余的类推。那么,我们会得到下面这样庞大的类体系(只绘制了部分):

而这仅仅是开始,如果我们需要再添一种宝石,比如说白色,它可以附加诅咒的效果;或者我们需要给武器再添加一个物品孔,那么我们的类的数目将迅速的由十几个变成几十个。

我们发现使用继承的问题:使用继承时将会创建出大量的类。除此以外,使用继承,也意味我们需要实例化一个特定的子类以获取我们需要的功能(方法),这在编译阶段(compile time)就已经确定,类的客户端不能控制何时(run time)根据需要改变,除非再实例化另一个子类。

使用复合来扩展

我们发现继承会带来两个主要的问题,所以我们考虑换一种方式来思考,我们可以使用复合来完成它。说详细一点,就是我们将蓝宝石(BlueDiamond)、红宝石(RedDiamond)、绿宝石(GreenDiamond) 作为实体变量(instance variable)复合到基类中,然后在基类的Damage()方法中计算出所有宝石额外增加的伤害(此时基类的Damage()方法不再是抽象的)。

public abstract class Weapon{ public virturl int Damage(){ int total = 0; if(redDiamond!=null) total += redDiamond.Damage(); //附加红宝石的伤害 if(blueDiamond!=null) total += blueDiamond.Damage(); //附加蓝宝石的伤害 if(greenDiamond!=null) total += greenDiamond.Damage(); //附加绿宝石的伤害 return total; } }

而在实体子类中,我们覆盖这个方法,在方法内部先调用基类方法获取宝石的附加伤害,然后再给它加上武器本身的伤害。

public class Sword: Weapon{ public override ind Damage(){ return base.Damage() + 15; // 15 是剑本身伤害 } }

此时的图应该变成这样:

相对于继承,复合看上去要好得多,它的类的数目要少的多,并且又可以在运行时决定是否给武器镶嵌宝石,但是使用复合仍存在问题:

为对象添加状态和行为

现在假设我们不是一名软件设计者,而是一个游戏玩家,我们要为剑添加一枚红宝石,一枚蓝宝石,那么实际的操作顺序是什么呢?

  1. 我们当然首先要有一把剑。(需要先创建一个Sword对象,它只是把剑,不含任何宝石)。
  2. 我们为剑添加一个红宝石。(我们包装Sword对象,给它添加3点伤害,并给它火焰效果)。
  3. 我们为剑添加一个蓝宝石。(我们包装 包含了一个红宝石的Sword对象,给它添加2点伤害,并给它冰冻效果。)

用代码来体现应该就是这样的:

Weapon sword = new Sword(); // 创建一把剑 sword = new RedDiamond(sword); // 给剑添加 红宝石 sword = new BlueDiamond(sword); // 给剑添加 蓝宝石

从给剑添加红宝石那句代码,我们发现第一件事:宝石应该保存一个对剑的引用。然后我们就可以在宝石类的内部来为sword添加行为或状态。

从给剑添加蓝宝石那句代码,我们发现第二件事:添加了红宝石的剑(仅从代码看它属于是宝石),仍然是剑,所以我们得出:宝石应该和武器是同一个类型(Weapon基类)的,不然这里将无法再次传递。

这个过程用图来体现就是这样的:

如果我们将整个过程用UML来表示,就构成了下面这幅图:

从图中我们可以看到,通过宝石的扩展,我们可以为剑提供新的能力:额外的伤害加成,以及额外的武器特效(抱歉我不能显示一个华丽的魔法效果,只能在黑底白字的屏幕上输出一句:Addtional Effect: Fire !)。

在Damage() 和 GetDescription()中,我们先调用基类的相应方法,然后为Damage()添加来自宝石的额外的伤害(状态): iceDamage,以及来自宝石的额外效果(行为):FrozenEffect()。

Decorator 设计模式

上面这幅图,就构成了GOF的Decorator设计模式,我们现在看一下它的官方定义:动态地为对象添加额外的职能。Decorator模式为通过继承来为类扩展功能这种方式提供了另一种灵活的选择。

代码实现与测试

简单起见,我们只实现一种武器:Sword,两种宝石:蓝宝石 和 红宝石。

using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; namespace Decorator { // 定义Weapon基类 public abstract class Weapon { protected string description; // 武器的描述(攻击效果) public virtual string GetDescription() { return description; } public abstract int Damage(); // 武器的伤害 } // 定义剑 public class Sword : Weapon { public Sword() { description = "One-Hand light Sword"; } public override int Damage() { return 15; } } // 定义宝石基类 public abstract class Diamond : Weapon { protected Weapon weapon; // 保存对武器的引用 } // 定义蓝宝石 public class BlueDiamond : Diamond { private int iceDamage = 2; // 蓝宝石的额外伤害 public BlueDiamond(Weapon weapon) { this.weapon = weapon; // 保存引用 } public string IceEffect(){ return "\nAddtional Effect: Frozen !"; } public override int Damage() { return weapon.Damage() + iceDamage; // 攻击加成 } public override string GetDescription() { return weapon.GetDescription() + IceEffect(); // 加入特殊攻击效果 } } // 定义红宝石 public class RedDiamond : Diamond { private int fireDamage = 3; // 蓝宝石的额外伤害 public RedDiamond(Weapon weapon) { this.weapon = weapon; // 保存引用 } public string FireEffect() { return "\nAddtional Effect: Fire !"; } public override int Damage() { return weapon.Damage() + fireDamage; // 攻击加成 } public override string GetDescription() { return weapon.GetDescription() + FireEffect(); // 加入特殊攻击效果 } } class Program { static void Main(string[] args) { Weapon sword = new Sword(); // 创建一把新剑 // 打印其描述(攻击效果) 和 伤害 Console.WriteLine(sword.GetDescription() + "\nDamage:" + sword.Damage()); Console.WriteLine(); sword = new BlueDiamond(sword); // 给剑添加一颗蓝宝石 Console.WriteLine(sword.GetDescription() + "\nDamage:" + word.Damage()); Console.WriteLine(); sword = new RedDiamond(sword); // 给剑添加一颗红宝石 Console.WriteLine(sword.GetDescription() + "\nDamage:" + sword.Damage()); Console.WriteLine(); } } }

输出为:

One-Hand light Sword Damage:15 One-Hand light Sword Addtional Effect: Frozen ! Damage:17 One-Hand light Sword Addtional Effect: Frozen ! Addtional Effect: Fire ! Damage:20

总结

本文中,我们通过一个常见的给武器(对象)添加宝石(额外的状态和行为)的例子,讨论了Decorator设计模式的实现过程。

我们首先提出了要解决的问题:给武器添加宝石,以使它有额外的攻击(伤害)加成和特殊的攻击效果。然后提出了使用继承会遇到的问题:大量的类以及只能通过实例化子类的方式获取行为。随后我们使用复合(Composition)的方式来解决,又遇到新的问题:程序不易维护,每次添加新的宝石或者添加新的物品孔,都需要修改代码。最后,我们使用Decorator模式巧妙地解决了这个问题。

感谢阅读,希望这篇文章能给你带来帮助!