By nalla
翻譯：Lymons
本文使用C++來描述我的作品---給范型游戲引擎創建一個框架
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簡介
我拿到了一個任務，就是寫一篇關于游戲引擎設計的報告。為此，我開始用C++來實現一個框架，它包含了一些設計模式（Design Patterns）的基本實現以及類似于基于原則設計（Policy based design）的一些C++概念。而本文就是談論我的設計，并且里面也包括一些可編譯的代碼片斷。
背景
在本文描述的框架中使用了一些著名的設計范式（design paradigms），如：基于原則的設計（Policy based design），裝飾者（Decorator）和策略（Strategy）模式，以及相應的C++的代碼實現。
代碼的功能說明
基于原則的設計是用于游戲的設置
在進入到足球游戲引擎設計的細節之前，先討論一下游戲中的設置。在任何游戲中都允許用戶在游戲開始期間來選擇游戲的難度。我假設這里有三種難度級別，即：低級，中級，高級。因為這些級別允許在開始的時候被選擇，這就給了我們一個機會可以利用模板類來使用基于原則的設計（基于Andrei Alexandrescu的書《Modern C++ Design》）。因此，這些難度級別在這兒可以被當做一個原則(Policy)。而且我為設置游戲模式也新添加一個原則，這些游戲模式可以是自動模式（你可以和機器對戰）或者多人模式（你可以和朋友一起玩）。
基于原則的設計可以被當作策略模式在編譯期間的一個變體。
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template <typename T>
struct DifficultyLevel_High
{
static void setDifficultyLevel(T&) { cout << "Setting to High difficulty level" <<endl; }
};
template <typename T>
struct DifficultyLevel_Med
{
static void setDifficultyLevel(T&)
{ cout << "Setting to Medium difficulty level" <<endl; }
};
template <typename T>
struct DifficultyLevel_Low
{
static void setDifficultyLevel(T&)
{cout << "Setting to Low difficulty level" <<endl; }
};
template <typename T>
struct Playmode_policy_auto
{
static void setPlaymodepolicy(T&)
{ cout << "Setting to auto Playmode" <<endl; }
};
template <typename T>
struct Playmode_policy_multi
{
static void setPlaymodepolicy(T&)
{ cout << "Setting to multi Playmode" <<endl; }
};
class FootballEngineType
{
public:
FootballEngineType()
{ cout << "Engine set as Football " << endl;
}
};
//---------------------Usage of Policy based design----------------//
template< typename T,
template <typename> class DifficultyLevel_policy,
template <typename> class Playmode_policy >
class GamingEngine
{
public:
void Run()
{
DifficultyLevel_policy<T>::setDifficultyLevel(engineType);
Playmode_policy<T> ::setPlaymodepolicy(engineType);
start();
}
private:
T engineType;
};
接下來要實現的事情是讓球隊在游戲的運行期內可以改變它的邏輯和策略。例如，用戶能夠選擇防守策略而不是進攻, 使用策略模式使之成為可能。我們能夠為防守或者進攻等的策略定制一套算法，以便用戶能在運行期選擇球隊的策略。那我們在這里就使用策略模式 Strategy pattern，在這兒我定義了三種策略，以及能夠通過 GameLogic 類來設置這些策略。
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class Strategy
{
public:
Strategy() {}
virtual void Apply()=0;
virtual ~Strategy() {}
};
class DefendStrategy : public Strategy{
public:
DefendStrategy():Strategy() { cout << "Defend strategy set" << endl; }
void Apply() { cout << "Defend strategy applied" << endl; }
virtual ~DefendStrategy() {}
};
class AttackStrategy: public Strategy
{
public:
AttackStrategy():Strategy() { cout << "Attack strategy set" << endl; }
void Apply() { cout << "Attack strategy applied" << endl; }
virtual ~AttackStrategy() {}
};
class MediumStrategy: public Strategy
{
public:
MediumStrategy() :Strategy(){ cout << "Medium strategy set" << endl; }
void Apply() { cout << "Medium strategy applied" << endl; }
virtual ~MediumStrategy() {}
};
class GameLogic
{
public:
StratType StrategyType;
GameLogic()
{
m_Strategy = NULL;
}
void SetStrategy(StratType type)
{
if (m_Strategy) delete m_Strategy;
if (type == Med)
m_Strategy = new MediumStrategy();
else if (type == Defend)
m_Strategy = new DefendStrategy();
else if (type == Attack)
m_Strategy = new AttackStrategy();
}
void Exec() { m_Strategy->Apply(); }
~GameLogic() { if (m_Strategy) delete m_Strategy; }
private:
Strategy *m_Strategy;
};
然后考慮的是每個實體能夠執行的不同的角色。 每個球隊都有很多的球員，教練，體能教練，經理，還有裁判和球隊的CEO等。在球隊中的每個人都能執行一個或者多個角色，并且這些角色能夠通過一些參數在運行期間被分配出來，另外，作為一個球員本身也有不同的職責，像前鋒，后衛，中場，和守門員等。不通過子類化(sub classing)這些都應該能夠被做出來。
我們使用裝飾者模式（Decorator pattern）在運行期來分配角色和職責。
下面是輔助函數(helper functions)的代碼，被用來獲取游戲實體在運行期內的角色和職責：
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//------------templated helper functions for getting roles-------//
template <class T>
T* getresponsibility_entity(GameEntity *pEnt)
{
return dynamic_cast<T*>(pEnt->GetResponsibility(T::RESP_CLSID));
}
template <class T>
T* getroles_entitiy(GameEntity *pEnt)
{
return dynamic_cast<T*>(pEnt->GetRole(T::ROL_CLSID));
}
下面的代碼片斷是在運行期創建一個游戲實體并給它分配角色和職責，以及使用上面做成的helper functions接收這些對象 (關于完全的實現，請參考附件中的CPP文件):
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// Add a single player
GameEntity* play1 = new GameEntity("Beckham", "David");
//Adding role as Player
play1->AddRole(new Player(play1));
Player *playRole = getroles_entitiy<Player>(play1);
//Adding Responsibilities to play and manage
play1->AddResponsibilities(new ToPlay(play1));
play1->AddResponsibilities(new ToManage(play1));
還有，不同的隊伍能夠使用不同的設置在不同的球場上踢不同聯賽的比賽。舉例子來講，在足球游戲中的每一個實體能夠湊在一起形成一個球隊，并且還能夠應用不同的外觀設置。你能夠添加一些球員到一家指定的俱樂部中以及添加一些不同的球隊到不同的聯賽中(如，英超聯賽)。這里，使用橋接模式(Bridge pattern)就可以把每個實體的抽象(球隊/聯賽的比賽)能夠從具體的實現(聯賽/足球場/外觀設置等)中解耦出來。因此，實現和抽象之間能夠非常獨立的相互存在。或者說，使用建造者模式(Builder Pattern)也用來完成同樣的任務。
整個設計已經被實現了并使用Visual Studio 2005 (VC8.0)編譯器編譯通過了，并且測試過了。一些具體的實現請參考附件中的FootballEngine.cpp 。
興趣點
附加特征
近期我也正在思考如何使用觀察者模式，當策略和足球的位置以及對手的坐標被改變時來及時通知球員(游戲實體)。