湖南网站建设企业,大型的网站建设公司,天津网站策划,seo的公司排名Unity 设计模式 之 创建型模式 -【单例模式】【原型模式】 【建造者模式】 目录
Unity 设计模式 之 创建型模式 -【单例模式】【原型模式】 【建造者模式】
一、简单介绍
二、单例模式 (Singleton Pattern)
1、什么时候使用单例模式
2、单例模式的好处
3、使用单例模式的…Unity 设计模式 之 创建型模式 -【单例模式】【原型模式】 【建造者模式】 目录
Unity 设计模式 之 创建型模式 -【单例模式】【原型模式】 【建造者模式】
一、简单介绍
二、单例模式 (Singleton Pattern)
1、什么时候使用单例模式
2、单例模式的好处
3、使用单例模式的注意事项
三、在 Unity 中使用 单例模式
1、普通型new泛型单例模式
2、继承 MonoBehaviour 的泛型单例模式
3、单例使用方式
4、实现分析
四、原型模式 (Prototype Pattern)
1、原型模式的原理
2、什么时候使用原型模式
3、使用原型模式的好处
4、使用原型模式的注意事项
五、在 Unity 中使用 原型模式
1、 定义基类 ShapePrototype
2、创建具体的形状类
3、创建 ShapeSpawner 负责克隆对象
4、设置场景中的原型对象
5、运行效果
六、建造者模式 (Builder Pattern)
1、什么时候使用建造者模式
2、使用建造者模式的好处
3、建造者模式的注意事项
七、在 Unity 中使用 建造者模式
1、定义房屋类 House
2、定义建造者接口 IHouseBuilder
3、 具体建造者类木屋建造者 WoodenHouseBuilder 和砖屋建造者 BrickHouseBuilder
4、定义指挥者 Director
5、 在 Unity 场景中使用建造者模式
6、运行效果 一、简单介绍
设计模式 是指在软件开发中为解决常见问题而总结出的一套 可复用的解决方案。这些模式是经过长期实践证明有效的 编程经验总结并可以在不同的项目中复用。设计模式并不是代码片段而是对常见问题的 抽象解决方案它提供了代码结构和模块间交互的一种设计思路帮助开发者解决特定的设计问题。 设计模式的特点 通用性设计模式针对的是软件开发中常见的设计问题适用于各种软件工程项目。可复用性设计模式可以在不同项目和环境下被重复使用提高代码的可维护性和扩展性。可扩展性设计模式有助于让代码结构更加灵活易于扩展和修改。模块化通过设计模式可以减少代码的耦合性增强模块间的独立性。提高沟通效率设计模式为开发者提供了一种通用的设计语言使得团队成员能够快速理解并讨论设计方案。 二、单例模式 (Singleton Pattern)
单例模式 (Singleton Pattern) 是一种创建型设计模式保证一个类只有一个实例并提供一个全局访问点来获取该实例。它通过控制类的实例化过程确保系统中只有一个该类的对象存在。
在单例模式中类的构造函数通常是私有的防止外部通过 new 来创建对象类内部维护一个静态实例通过公共的静态方法提供访问。 单例模式的特点 唯一实例单例模式确保一个类只有一个实例无论系统中的组件如何调用它。全局访问点单例模式为客户端提供一个全局访问点通常是静态方法通过这个访问点所有客户端都能获得相同的实例。延迟初始化可以在首次访问时创建该实例节省系统资源可选。 1、什么时候使用单例模式 全局唯一的资源管理如果一个类需要控制对某种共享资源如数据库连接池、文件系统、日志器、配置管理器等的访问并且不允许有多个实例同时存在。 配置或状态共享当系统中某个类需要持有全局配置或共享状态时单例模式可以使得这些状态在不同模块中保持一致。 资源开销较大的对象如果一个类的实例化代价较高如外部资源初始化、复杂运算等而且只需要一个实例时单例模式可以避免多次重复的创建操作。 需要严格控制实例数量在某些业务逻辑中严格要求一个类只能有一个实例否则会引发逻辑混乱或资源竞争如操作系统中的任务管理器。 2、单例模式的好处 控制实例数量确保一个类只生成一个实例避免不必要的内存占用尤其对于管理全局状态或资源的对象如数据库连接、日志系统、配置管理等控制实例数量可以提高系统的稳定性。 全局访问单例模式提供了一个全局访问点这使得某些系统级别的服务如日志系统、资源管理器等能够方便地被全局访问。 节省资源避免重复创建相同对象减少了资源的消耗尤其是对于耗费较大的对象如文件系统、数据库连接等。 线程安全通过实现线程安全的单例可以确保在多线程环境下多个线程对该对象的操作是安全的。 3、使用单例模式的注意事项 全局状态的复杂性虽然单例模式提供全局访问但这也意味着它引入了全局状态可能导致系统的状态管理变得复杂特别是在大型系统中。 并发和线程安全在多线程环境下需要确保单例的实现是线程安全的否则可能会出现多个线程同时创建实例的情况导致数据不一致。 难以扩展由于单例模式限制了对象的创建数量在某些情况下可能不利于系统的扩展或测试。比如在单元测试中单例模式可能难以进行模拟。 滥用风险单例模式提供全局访问点容易被滥用为全局变量违背面向对象设计中高内聚、低耦合的原则。因此使用时应考虑是否真的有必要将类设计为单例。 总之单例模式 主要用于控制对象的实例化确保系统中只有一个类的实例并通过全局访问点来控制对象的使用。它适用于需要全局共享资源、统一管理的场景如日志系统、数据库连接池等。尽管单例模式在某些场景下有助于提升系统的稳定性和效率但也应谨慎使用以避免全局状态管理复杂化或滥用全局访问带来的耦合问题。 三、在 Unity 中使用 单例模式
在 Unity 中实现一个线程安全的普通类和MonoBehaviour 类的泛型单例时必须考虑以下几点 普通类单例不能被 new并且在多线程环境下线程安全。MonoBehaviour 单例由于 MonoBehaviour 的实例是通过 Unity 的 AddComponent 创建的不能直接通过 new也需要保证在多线程环境下的安全性。 参考类图如下 1、普通型new泛型单例模式
方法一
public abstract class SingletonT where T : class, new()
{private static T instance null;// 多线程安全机制private static readonly object locker new object();public static T Instance{get{lock (locker){if (instance null)instance new T();return instance;}}}
}方法二using System;
using System.Reflection;/// summary
/// 单例
/// 继承需要一个非公有的无参构造函数
/// /summary
/// typeparam nameT类名的泛型/typeparam
public abstract class SingletonT where T : class
{private static T instance null;// 多线程安全机制private static readonly object locker new object();public static T Instance{get{// 线程锁lock (locker){if (null instance){// 反射获取实例var octors typeof(T).GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic) ;// 获取无参数的非公共构造函数var octor Array.Find(octors, c c.GetParameters().Length 0);// 没有则提示没有私有的构造函数if (null octor){throw new Exception(No NonPublic constructor without 0 parameter);}// 实例化instance octor.Invoke(null) as T;}return instance;}}}/// summary/// 构造函数/// 避免外界new/// /summaryprotected Singleton() { }
} 2、继承 MonoBehaviour 的泛型单例模式
using UnityEngine;public abstract class MonoSingletonT : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour
{private static T instance null;private static readonly object locker new object();private static bool bAppQuitting;public static T Instance{get{if (bAppQuitting){instance null;return instance;}lock (locker){if (instance null){// 保证场景中只有一个 单例T[] managers Object.FindObjectsOfType(typeof(T)) as T[];if (managers.Length ! 0){if (managers.Length 1){instance managers[0];instance.gameObject.name typeof(T).Name;return instance;}else{Debug.LogError(Class typeof(T).Name exists multiple times in violation of singleton pattern. Destroying all copies);foreach (T manager in managers){Destroy(manager.gameObject);}}}var singleton new GameObject();instance singleton.AddComponentT();singleton.name (singleton) typeof(T);singleton.hideFlags HideFlags.None;DontDestroyOnLoad(singleton);}instance.hideFlags HideFlags.None;return instance;}}}protected virtual void Awake(){bAppQuitting false;}protected virtual void OnDestroy(){bAppQuitting true;}
} 3、单例使用方式
继承泛型单例模式即可 public class Test1 : MonoSingletonTest1{}// 方法一
public class Test2 : SingletonTest2{}
// 方法二
public class Test2 : SingletonTest2{{private Test2(){}} 4、实现分析 普通类单例 通过 lock 实现线程安全避免了多线程环境下重复创建实例的问题。将构造函数设为 protected确保外部不能通过 new 关键字实例化该类。在 Unity 中适合管理游戏状态、配置数据等不需要与 Unity 引擎生命周期强绑定的对象。 MonoBehaviour 类单例 使用了 lock 机制确保多线程环境中的安全性。使用 FindObjectOfTypeT 检查场景中是否已经有该类型的实例如果没有则创建新的对象并添加该组件。通过 DontDestroyOnLoad 确保实例在场景切换时不被销毁适合音频管理器、游戏控制器等需要跨场景保持的对象。
这两种单例的模式在 Unity 中广泛适用可以有效地管理全局对象和跨场景对象。 四、原型模式 (Prototype Pattern)
原型模式 (Prototype Pattern) 是一种创建型设计模式它允许通过复制现有的对象来创建新对象而不是通过直接实例化类。这意味着你可以通过克隆原型对象来生成新的实例而不必依赖类的构造函数。该模式的核心思想是通过创建一个对象的副本即原型来避免昂贵的初始化操作。
在 C# 中通常通过实现 ICloneable 接口或者自定义的克隆方法来实现原型模式。 1、原型模式的原理
原型模式的工作原理是
定义一个原型接口或基类用来提供克隆的方法如 Clone。具体的类实现该接口提供自己的克隆方法该方法返回当前对象的深拷贝或浅拷贝。客户端可以通过克隆原型对象来创建新对象而无需知道如何构造对象。
拷贝的类型可以分为
浅拷贝 (Shallow Copy)只复制对象的基本数据类型对于引用类型的字段只复制引用地址。深拷贝 (Deep Copy)不仅复制对象的所有值还递归地复制所有引用对象创建独立的副本。 2、什么时候使用原型模式 需要频繁创建相似对象时如果系统需要创建大量相似或结构复杂的对象时通过克隆原型对象来生成新对象可以提高性能。 对象的创建代价高昂时如果对象的初始化非常复杂包含很多属性设置或涉及昂贵的资源操作如网络连接、文件系统操作使用原型模式避免了重复创建过程。 避免对象过多的子类化当不希望为了创建新对象而引入更多的子类或扩展类时原型模式可以避免通过继承创建不同类型对象的繁琐过程。 需要保存对象的历史状态或备份时如果需要将某个对象的状态备份或在某个时刻进行复制如撤销操作、快照功能可以通过原型模式来克隆对象。 3、使用原型模式的好处 提高对象创建效率对于某些对象的创建过程非常复杂或耗时时通过克隆现有对象即原型可以避免重复的复杂初始化节省时间和资源。 避免子类膨胀通过原型模式程序不需要通过继承或工厂模式来生成对象这可以减少子类的数量避免继承层次的膨胀。 动态生成对象原型模式允许在运行时动态生成对象不需要事先知道具体类的名称。 减少对象依赖克隆对象是独立于具体类的原型模式不需要直接依赖构造函数这降低了对象之间的耦合度。 灵活性高通过克隆可以对现有的对象进行修改后创建新的对象特别适合那些需要频繁修改对象属性的场景。 4、使用原型模式的注意事项 克隆的深浅拷贝对于引用类型字段使用浅拷贝时需要特别小心浅拷贝只复制引用而不复制对象本身可能导致两个对象共用同一份数据。若需要完全独立的对象必须使用深拷贝。 复杂对象的克隆当对象包含复杂的嵌套结构或其他依赖时确保实现合适的深拷贝逻辑否则可能会出现数据共享或数据覆盖问题。 性能考虑尽管原型模式避免了对象的重复构造但深拷贝可能引入较大的性能开销特别是在对象嵌套复杂时。因此在性能敏感的场景下要慎重考虑深拷贝的实现。 原型的可变性当通过原型模式创建对象时如果不慎修改了原型本身的状态所有基于该原型创建的对象也可能受到影响。因此在设计时需要确保原型对象的状态是安全的。 总之原型模式 通过复制现有对象来生成新对象避免了类构造的开销特别适用于对象创建代价高昂或需要动态创建对象的场景。它提供了灵活的对象创建方式减少了类的复杂性和耦合度。使用时需要根据具体需求选择浅拷贝或深拷贝并确保对象的可复制性和独立性。 五、在 Unity 中使用 原型模式
在 Unity 中原型模式可以应用于场景中需要频繁生成的对象比如 3D 模型如立方体、球体等。通过原型模式我们可以避免每次都从头实例化对象而是通过复制现有的对象来创建新的实例。
我们将创建一个简单的原型模式应用用于克隆 Unity 中的 3D 对象立方体、球体等并根据用户输入生成多个克隆对象。 步骤 创建一个基类 ShapePrototype它提供克隆接口。创建不同的形状类如立方体和球体继承自 ShapePrototype。使用原型模式通过克隆现有对象来创建新对象而不是直接创建新对象。 参考类图如下 1、 定义基类 ShapePrototype
using UnityEngine;// 定义一个抽象的原型基类
public abstract class ShapePrototype : MonoBehaviour
{// 定义一个抽象的克隆方法public abstract ShapePrototype Clone();// 通用的显示形状信息的方法public abstract void DisplayInfo();
}2、创建具体的形状类
2.1 立方体类
using UnityEngine;public class Cube : ShapePrototype
{// 重写克隆方法public override ShapePrototype Clone(){// 实现浅拷贝复制当前对象的属性GameObject clone Instantiate(this.gameObject);return clone.GetComponentShapePrototype();}public override void DisplayInfo(){Debug.Log(This is a Cube.);}
}2.2 球体类
using UnityEngine;public class Sphere : ShapePrototype
{// 重写克隆方法public override ShapePrototype Clone(){// 实现浅拷贝复制当前对象的属性GameObject clone Instantiate(this.gameObject);return clone.GetComponentShapePrototype();}public override void DisplayInfo(){Debug.Log(This is a Sphere.);}
}3、创建 ShapeSpawner 负责克隆对象
using UnityEngine;public class ShapeSpawner : MonoBehaviour
{public ShapePrototype cubePrototype; // 立方体原型public ShapePrototype spherePrototype; // 球体原型private void Update(){// 按下 C 键克隆立方体if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C)){ShapePrototype cubeClone cubePrototype.Clone();cubeClone.transform.position new Vector3(Random.Range(-5, 5), 1, Random.Range(-5, 5));cubeClone.DisplayInfo();}// 按下 S 键克隆球体if (Input.GetKeyDown(KeyCode.S)){ShapePrototype sphereClone spherePrototype.Clone();sphereClone.transform.position new Vector3(Random.Range(-5, 5), 1, Random.Range(-5, 5));sphereClone.DisplayInfo();}}
}4、设置场景中的原型对象
创建一个 Unity 场景并添加一个空物体 ShapeSpawner将上面的 ShapeSpawner 脚本挂载到该物体上。在场景中创建一个立方体和一个球体并将它们的 Cube 和 Sphere 脚本分别挂载到立方体和球体上。在 ShapeSpawner 脚本的 cubePrototype 和 spherePrototype 变量中分别拖拽场景中的立方体和球体作为原型对象。 5、运行效果
按下 C 键克隆一个新的立方体随机放置在场景中并在控制台输出 This is a Cube.按下 S 键克隆一个新的球体随机放置在场景中并在控制台输出 This is a Sphere.
每次克隆都是基于场景中的原型对象这样可以避免重新生成对象的开销并且保证克隆对象与原型对象的所有属性相同。
节省资源通过克隆现有对象而不是每次都从头实例化对象可以提高性能尤其是在场景中需要大量生成对象时灵活性可以动态调整原型对象的属性并通过克隆生成新的实例而不需要修改对象的创建逻辑方便扩展如果需要新的形状可以轻松扩展原型类无需修改现有代码。
这种模式在 Unity 的游戏开发中非常适合用于生成大量相似对象如敌人、物品、特效等。 六、建造者模式 (Builder Pattern)
建造者模式 (Builder Pattern) 是一种创建型设计模式它将复杂对象的构建过程与对象的表示分离使得同样的构建过程可以创建不同的对象。建造者模式特别适用于那些构建步骤复杂且具有多种配置的对象。
在建造者模式中通常有以下几个关键部分 Builder (建造者)定义了创建产品对象的步骤通常是一个抽象类或接口。Concrete Builder (具体建造者)实现了 Builder 接口的类负责具体的构建细节创建具体的产品对象。Director (指挥者)负责控制构建过程按照一定的顺序调用 Builder 的方法来构建对象。Product (产品对象)最终构建的复杂对象。 1、什么时候使用建造者模式 构建复杂对象时如果一个对象的创建步骤非常复杂需要按照一定的顺序构建多个部件建造者模式可以帮助你将这些步骤组织清晰避免直接调用复杂的构造函数。 需要生成多种类型对象时当需要通过相同的构建过程生成不同类型或配置的对象时建造者模式可以帮助你在同一个框架下灵活构建不同的产品。 构造函数参数过多时如果一个类的构造函数有很多可选参数或者参数组合非常复杂使用建造者模式可以避免构造函数的复杂性通过链式调用来简化参数设置。 对象的创建流程固定但表示方式多样时在一些场景下产品的创建过程是相同的但是生成的产品可能有不同的表现方式或配置。此时建造者模式可以将构建流程抽象化从而生成不同的产品。 2、使用建造者模式的好处 简化对象构建过程建造者模式将复杂对象的构建步骤集中在一个地方减少了创建对象的复杂度尤其是当对象拥有多个可选参数或需要按特定步骤构建时。 灵活构建复杂对象通过建造者模式可以将对象的构建过程拆分成多个步骤允许构建者在不同的构建过程中创建不同类型的对象或者配置不同的参数。 代码清晰、易于维护建造者模式使代码更清晰因为对象的构建逻辑被独立封装在 Builder 中而不是混杂在产品对象内部。这使得代码易于维护和扩展。 支持不同的产品变化同样的构建过程可以生成不同的产品通过使用不同的建造者能够灵活应对产品的变化需求。 简化对象的可变参数管理如果对象有很多可选参数使用建造者模式可以避免复杂的构造函数提供链式调用来设置参数使得代码更加简洁。 3、建造者模式的注意事项 多个建造者的协作如果你需要构建多个复杂对象可以为每种对象提供不同的具体建造者并通过同一个指挥者来协调构建过程。 对象的不可变性建造者模式可以配合不可变对象使用确保对象在构建完成后无法被修改。 建造顺序的灵活性确保建造者的接口设计支持灵活的建造顺序允许客户端根据需要选择不同的建造步骤。 总之建造者模式通过分离对象的构建过程和表示方式使得构建复杂对象的流程更加清晰和灵活。它非常适合用于那些具有多个可选参数、构建过程复杂或者有不同表示方式的对象。建造者模式的使用可以提高代码的可读性和可维护性同时减少对象构建中的复杂性。 七、在 Unity 中使用 建造者模式
在 Unity 中建造者模式可以应用于构建复杂的 3D 场景或对象。假设我们要在场景中建造一个由多个部分组成的复杂建筑如房子包括地基、墙壁、屋顶等这正是使用建造者模式的典型场景。
我们将设计一个简单的场景展示如何通过建造者模式生成不同配置的房屋。房屋由三部分组成地基、墙壁和屋顶。通过建造者模式我们可以灵活地创建不同样式的房屋。
步骤 定义一个 House 类包含地基、墙壁和屋顶。定义一个 IHouseBuilder 接口声明创建房屋各部分的方法。创建具体的建造者类如 WoodenHouseBuilder 和 BrickHouseBuilder实现不同材料的房屋建造。创建一个 Director 类用于控制房屋的建造流程。在 Unity 场景中通过建造者模式生成不同风格的房屋。 参考类图如下 1、定义房屋类 House
using UnityEngine;// 房屋类包含房屋的各个部分
public class House
{public GameObject Foundation { get; set; }public GameObject Walls { get; set; }public GameObject Roof { get; set; }public void ShowHouseInfo(){Debug.Log(House has been built with Foundation, Walls, and Roof.);}
}2、定义建造者接口 IHouseBuilder
public interface IHouseBuilder
{void BuildFoundation();void BuildWalls();void BuildRoof();House GetResult();
}3、 具体建造者类木屋建造者 WoodenHouseBuilder 和砖屋建造者 BrickHouseBuilder
3.1 木屋建造者
using UnityEngine;public class WoodenHouseBuilder : IHouseBuilder
{private House house new House();public void BuildFoundation(){house.Foundation GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube);house.Foundation.transform.localScale new Vector3(5, 0.5f, 5);house.Foundation.GetComponentRenderer().material.color Color.gray;}public void BuildWalls(){house.Walls GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube);house.Walls.transform.localScale new Vector3(5, 2.5f, 5);house.Walls.transform.position new Vector3(0, 1.5f, 0);house.Walls.GetComponentRenderer().material.color Color.yellow; // 木墙}public void BuildRoof(){house.Roof GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cylinder);house.Roof.transform.localScale new Vector3(5, 1, 5);house.Roof.transform.position new Vector3(0, 3f, 0);house.Roof.GetComponentRenderer().material.color Color.red;}public House GetResult(){return house;}
}3.2 砖屋建造者
using UnityEngine;public class BrickHouseBuilder : IHouseBuilder
{private House house new House();public void BuildFoundation(){house.Foundation GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube);house.Foundation.transform.localScale new Vector3(5, 0.5f, 5);house.Foundation.GetComponentRenderer().material.color Color.gray;}public void BuildWalls(){house.Walls GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube);house.Walls.transform.localScale new Vector3(5, 2.5f, 5);house.Walls.transform.position new Vector3(0, 1.5f, 0);house.Walls.GetComponentRenderer().material.color Color.red; // 砖墙}public void BuildRoof(){house.Roof GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cylinder);house.Roof.transform.localScale new Vector3(5, 1, 5);house.Roof.transform.position new Vector3(0, 3f, 0);house.Roof.GetComponentRenderer().material.color Color.green;}public House GetResult(){return house;}
}4、定义指挥者 Director
public class Director
{private IHouseBuilder houseBuilder;public Director(IHouseBuilder builder){houseBuilder builder;}// 控制房屋的建造流程public void ConstructHouse(){houseBuilder.BuildFoundation();houseBuilder.BuildWalls();houseBuilder.BuildRoof();}// 获取构建好的房屋public House GetHouse(){return houseBuilder.GetResult();}
}5、 在 Unity 场景中使用建造者模式
using UnityEngine;public class HouseBuilderExample : MonoBehaviour
{void Start(){// 创建一个木屋建造者IHouseBuilder woodenHouseBuilder new WoodenHouseBuilder();Director director new Director(woodenHouseBuilder);director.ConstructHouse();House woodenHouse director.GetHouse();woodenHouse.ShowHouseInfo();// 创建一个砖屋建造者IHouseBuilder brickHouseBuilder new BrickHouseBuilder();Director brickDirector new Director(brickHouseBuilder);brickDirector.ConstructHouse();House brickHouse brickDirector.GetHouse();brickHouse.ShowHouseInfo();}
}6、运行效果 当运行场景时系统会根据不同的建造者生成不同的房屋类型木屋和砖屋并将房屋的各个部分放置在场景中。WoodenHouseBuilder 会生成带有灰色地基、黄色墙壁和红色屋顶的木屋。BrickHouseBuilder 会生成带有灰色地基、红色砖墙和绿色屋顶的砖屋。 通过这两种建造者类的不同实现我们展示了如何通过建造者模式灵活创建不同类型的复杂对象。
建造者模式允许分步骤创建对象并且能够复用构建过程生成不同类型的产品。它也提高了代码的可读性和维护性特别是在对象构建逻辑复杂时。
当对象的构建步骤固定但最终产品可能有不同的表现方式时建造者模式尤其适用。在 Unity 中这种模式可以用于场景中复杂对象如建筑物、场景的灵活构建。
