60、用 C 和 Unity 3D 进行游戏开发的深入指南

用 C# 和 Unity 3D 进行游戏开发的深入指南

1. 游戏命名空间与结构设计

1.1 命名空间的选择

如果只打算开发一款游戏，特定的游戏命名空间可能并非必要，但通常我们会有更宏大的愿景。在确定一个宽泛的命名空间后，应考虑为游戏创建一个更具体的命名空间，例如 AwesomeGameCo.ZombieGame ，它可以包含对僵尸游戏特别有用的类。

1.2 目录与命名空间的匹配

目录和命名空间应相互匹配。游戏中运行的脚本应存放在 ZombieGame 脚本目录中。 GameCo.ZombieGame 命名空间应实现游戏行为，还可进一步细分为 GameCo.ZombieGame.Player 或 GameCo.ZombieGame.Monster ，以隔离和封装特定功能。
- 目的 ：命名空间和目录结构的目的是划分游戏中的不同任务，为玩家、环境、效果、怪物和武器设置命名空间，可确保专注和专业化。
- 工具与函数处理 ：有助于调试任务的工具可放入 GameCo.Utilities 命名空间。重复的函数和方法可移至较低级别的基类函数中，以便继承层次结构中更高级别的实现可以使用它们。

1.3 部分类的使用

当需要用不同的接口类扩展特定类时， partial 关键字就派上用场了。例如对于拾取物品， IComparer 和 IEnumerable 等各种接口类允许使用 LINQ 比较场景或玩家库存中的物品。在类中使用 partial 可以将单个文件拆分成多个命名恰当的文件，确保接口中的错误只影响特定文件，同时文件名也可作为划分工作的系统。

1.4 重构类名

当决定更改类或类型名称时，如果该名称已在多个不同文件中广泛使用，更改工作会变得复杂。简单的查找和替换可能会出现问题，例如在 DamageType 和 DamageInfo 中查找 Damage 时，需要检查每个实例并决定是否更改。Visual Studio 等 IDE 中的重命名工具可帮助解决这个问题，它能了解名称的使用情况和出现位置，并指出冲突。

graph LR
    A[决定更改类名] --> B[检查名称使用范围]
    B --> C{名称使用广泛?}
    C -- 是 --> D[使用重命名工具]
    C -- 否 --> E[手动查找替换]
    D --> F[重命名并解决冲突]
    E --> G[检查每个实例决定是否更改]

2. 设计模式的应用

2.1 设计模式概述

设计模式是计算机程序员为解决反复出现的问题而发现和共享的通用解决方案。它们是可复用的，经过充分测试和优化，能防止边缘情况出现。学习设计模式可以提升编程能力，常见的设计模式分为创建型、结构型和行为型三类。

2.2 创建型设计模式

创建型设计模式与对象的创建和使用方式有关，常用于游戏中实例化新生物和物品。常见的创建型设计模式包括工厂模式、原型模式、单例模式和建造者模式。
- 单例模式 ：单例模式将实例化对象的数量限制为一个。例如在游戏中，为确保只有一个游戏状态控制器，可使用单例模式。当第一次请求对象时，使用访问器创建并返回该对象；若对象已存在，则直接传递。避免使用大量静态字段和函数是因为它们会占用内存且不会被清除。

graph LR
    A[请求对象实例] --> B{对象已存在?}
    B -- 是 --> C[返回现有对象]
    B -- 否 --> D[创建新对象并返回]

• 工厂模式 ：使用一个专门的类来实例化和创建对象，类似于糖果工厂生产各种糖果。
• 建造者模式 ：与工厂模式类似，但需要一个名为指导者的类来控制其活动。
• 原型模式 ：从类的现有副本复制以创建新对象。

2.3 结构型设计模式

结构型设计模式有助于整合类中数据和函数的组织和安排，包括装饰器模式、外观模式、享元模式、适配器模式和代理模式。其中，装饰器模式在游戏中经常使用。
- 装饰器模式 ：在将对象实例化到场景中时使用，在 Unity 3D 中广泛应用。为游戏对象附加组件时，就是在为其添加新行为。例如创建僵尸或吸血鬼模板时，将移动、护甲、攻击模式等行为分离到不同组件中，可更自由地创建具有不同装饰的新对象。

2.4 行为型设计模式

行为型设计模式关注系统中对象之间的通信，常见的有迭代器模式、中介者模式、观察者模式和访问者模式。这里重点介绍观察者模式。
- 观察者模式 ：一个类协调多个子类的行为，子类作为观察者，监视中央类的游戏状态变化，并根据事件做出相应反应。在游戏开发中，应避免数据冗余，例如玩家的健康数据应仅存储在玩家对象中。当满足新条件时，可触发事件通知观察者，观察者可据此采取行动。

设计模式类型	常见模式	特点
创建型	工厂、原型、单例、建造者	与对象创建和使用相关
结构型	装饰器、外观、享元、适配器、代理	整合类中数据和函数的组织
行为型	迭代器、中介者、观察者、访问者	关注对象之间的通信

3. 开发的后续建议与注意事项

3.1 继续探索与学习

在掌握了一定的 C# 和 Unity 3D 开发知识后，你可以进一步探索 .NET 和 Unity 3D 应用程序编程接口中的不同函数调用。可以使用 Google 和 Bing 等搜索引擎来搜索答案。同时，了解了大量的编程术语后，在论坛上提问时也更有可能得到有效的回应。

3.2 时间管理的重要性

在游戏和软件开发行业，时间管理不仅仅是指完成某项任务所需的工作量，更重要的是平衡工作和生活。刚开始接触新领域时，人们往往会投入大量时间学习和提升，但当这种投入影响到健康时，就需要适可而止。过度专注于单一项目可能会导致家庭问题和个人问题，而且项目也可能在未完成前就被取消，造成时间和精力的浪费。因此，要避免让计算机占据生活的全部。

4. C# 的其他应用与外部库使用

4.1 C# 的广泛应用

C# 可以用于为多个平台编写软件，包括嵌入式系统（如 Arduino），尽管 Arduino 的 C# 仅限于较旧版本的 .NET 和 C# 功能，但许多基本的 C# 功能仍然可用，可以构建驱动小型廉价处理器的软件，用于构建机器人或联网传感器。此外，还可以为 Windows 应用商店、Linux、OSX 构建独立的软件应用程序，使用 Xamarin 和 Visual Studio 为 Android 和 iOS 开发应用，甚至可以编写非游戏类的独立应用程序。

4.2 外部库（DLL）的使用

4.2.1 创建 DLL 项目

可以在 Visual Studio 中检查一个简单的动态链接库（DLL）项目，该项目也可以为 OSX 和 Linux 构建外部库，例如 UnityEngine 就是一个 DLL。在 Visual Studio 中打开 MyUnityLibrary.sln ，该项目是从 DLL 模板创建的。解决方案资源管理器中的一个 C# 文件包含一个静态类和一个静态函数，这只是一个简单的示例，用于展示如何从 DLL 导入方法。

4.2.2 构建 DLL

要构建 DLL，在 Visual Studio 菜单中找到“Build”命令，选择“Build -> Build Solution”。DLL 将被创建并存储在项目目录 MyUnityLibrary\MyUnityLibrary\bin\Debug\ 中，文件名是 MyUnityLibrary.dll 。

4.2.3 使用 DLL

将生成的 DLL 文件复制到 Unity 的 Assets 目录下的 Plugins 文件夹中。当 Unity 检测到 Plugins 目录中有 DLL 时，项目会更新一些额外的文件，以反映如何使用该 DLL。使用 C# 编写插件时还支持跨平台兼容性，基于 .NET 构建的 C# 库可以在任何运行 Unity 的平台上运行。

4.2.4 代码实现

Unity 中的类需要知道如何与外部库交互， System.Runtime.InteropServices 可以实现外部库连接。 [DLLImport()] 属性用于搜索名为 MyUnityLibrary 的 DLL， MyString() 函数使用 extern 访问器，告诉 C# 到类外部的源中查找该函数。当游戏运行时，“Hello World.” 字符串会从 DLL 中提取并打印到 Unity 控制台。以下是一个简单的示例：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    [DllImport("MyUnityLibrary")]
    public static extern string MyString();

    static void Main()
    {
        string result = MyString();
        Console.WriteLine(result);
    }
}

graph LR
    A[创建 DLL 项目] --> B[构建 DLL]
    B --> C[复制 DLL 到 Unity Plugins 目录]
    C --> D[Unity 识别并更新项目文件]
    D --> E[在代码中使用 extern 访问 DLL 函数]
    E --> F[运行游戏调用 DLL 功能]

4.3 DLL 的优势

DLL 可以用 C++、C 或其他语言编写，前提是目标平台与 Unity 游戏项目的目标平台匹配。可以将特殊的优化功能构建到 DLL 中，这些优化在使用 Unity 的 C# 中可能无法实现，从而实现更快速的计算。如果有一些特殊代码不想或不能与项目共享，也可以将其构建到 DLL 中，只在 Unity 中暴露代码的接口。

综上所述，使用 C# 和 Unity 3D 进行游戏开发是一个充满挑战和机遇的过程。通过合理设计命名空间和目录结构、运用设计模式、注意时间管理以及掌握外部库的使用，开发者可以更高效地开发出高质量的游戏。同时，要不断学习和探索，提升自己的技能，以适应不断变化的游戏开发行业。