《游戏设计模式》笔记

看了《游戏设计模式》后觉得受益匪浅，写一点笔记与关于自制游戏引擎的构想

《游戏设计模式》英文版原名，Game Programming Patterns

Web版阅读地址（中文）：https://gpp.tkchu.me/

              　　　（英文）http://gameprogrammingpatterns.com/contents.html

 

1.常用GOF设计模式

1.1 命令模式(Command Pattern)

定义：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化； 对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

游戏引擎中的运用：将命令数据化，就是封装为对象，这样命令可以放入队列或者栈中，可以简单重复，撤消，再利用等。比如在输入模块上使用命令模式，可以实现重放，撤消等操作。

1.2 享元模式(Flyweight Pattern)

定义：以共享的方式通过利用已存在的实例，降低系统的性能消耗

游戏引擎中的运用：各种资源（3d模型，声音，图片等）使用享元模式，使用同种资源的实例中，其资源都是同一份。

1.3观察者模式(Observer Pattern)

定义：行为和对象的解耦，也就是对象的行为产生一个事件，由事件来控制其行为。

游戏引擎中的运用：很广泛，但是下文中的事件队列模式对游戏引擎来说更加合适，具体原因后述。

1.4原型模式(Prototype Pattern)

定义：通过对象的封装建立原型，然后通过拷贝原型来实例化游戏对象，

游戏引擎中的运用：几乎都存在，比如先将角色必要的建模，矩阵，AI等封装到一个类中，然后通过类来直接实例化对象。

1.5 单例模式(Singleton Pattern)

定义：一个类中只有一个实例

游戏引擎中的运用：单例实质就是全局变量，全局变量的缺点自不必说，主要是在多线程下或者团队开发中，部分类必须只能存在一个，通过单例模式可以保证访问的对象都是同一个。通常来说场景管理，游戏管理，日志和资源管理系统会采用单例模式

1.6 状态模式(State)

定义：根据状态决定行为，通过状态的迁移来管理类的功能

游戏引擎中的运用：非常广泛，有限状态机(FSM)几乎在游戏开发中无处不在。

2. 序列模式

2.1 双缓冲(Double Buffer)

定义：通过双缓冲来保证同一桢内的一致性

游戏引擎中的运用：序列模式中的设计模式基本上是实时(Runtime)游戏引擎的必不可少的部分，例如常见的底层API的渲染就是采用双缓冲模式，在背面缓存上完成了每桢的绘制后再转到前缓存上表现出来

2.2 游戏循环 (Game Loop)

定义：通过时间间隔来循环游戏的处理部分

游戏引擎中的运用：同样基本是必用

2.3 更新方法(Update Method)

定义：在每个更新周期内通过每次更新一点点来模拟游戏

游戏引擎中的运用：同样基本是必用，基本上通过游戏循环来更新

3. 行为模式

3.1 字节码(Bytecode)

3.2 子类沙箱(Subclass Sandbox)

3.3 类型对象(Type Object)

行为模式中的方法几乎贯穿整个游戏引擎中，字节码用于脚本处理，

子类沙箱则是常见的面向对象思想中基类>子类的继承与多态实现

类型对象模式则是通过类型区别对象，类型对象模式的运用就是上文的享元模式、原型模式等。

4. 解耦模式

4.1 组件(Component)

定义：功能的模块化，将类解耦并保证其原来特性

游戏引擎中的运用：Unity的ECS架构(实体-组件-系统)就是组件模式的一种实现，传统的继承法对于需要团队开发的游戏来过于臃肿，而组件模式在自由度上和团队开发上都更加方便。

4.2 事件队列(Event Queue)

定义：类与类之间通过消息来传递信息，通过消息的发送和处理进行时间上的解耦

游戏引擎中的运用：事件队列可以说是观察者模式的异步实现法，在游戏引擎中被广泛运用，WindosAPI的消息机制就是源于此，命令模式，观察者模式和事件队列都解耦了发送者和接收者，而事件队列还在此之上解耦了时间。

4.3 服务定位器（Service Locator)

定义：可以说是更加复杂的单例模式，在运用时获取对象而不是运行前赋值。

游戏引擎中的运用：Unity的GetComponent()，就是采用此方法。本方法目前还有不明的地方之后再补。

5. 优化模式

5.1 数据局部性(Data Locality)

对CPU缓存的一种优化方法，使用连续的数组来加强CPU的命中

5.2 脏标识(Dirty Flag)

通过标记数据是否被更改过来决定是否执行，脏标识本身会增加代码复杂度，通常只有在当前任务具有昂贵的开销时才会采用此方法。

5.3 对象池(Object Pool)

放弃单独释放和分配内存，而是通过调用已存在池中的对象来节省性能消耗

5.4 空间区分(Spatial Partition)

通过空间的区分来定位对象，从而减少计算量

 

自己基于Directx，制作过一个小型的Runtime游戏引擎，其中UI和粒子采用了库，其他部分完全自己实现，而在目前阅读了后《游戏设计模式》后，打算今后对引擎进行以下更新：

• 基于组件和事件队列模式重构引擎（目前是继承式）
• 游戏引擎使用Lua脚本来完成部分处理
• 优化上达成对象池，数据局部性，空间区分。