【结构型之组合模式】游戏开发实战——Unity技能系统与UI架构的高效实现之道
文章目录
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- 组合模式（Composite Pattern）深度解析
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- 一、模式本质与核心价值
- 二、经典UML结构
- 三、Unity实战代码（技能系统）
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- 1. 定义组件接口
- 2. 实现叶子节点与复合节点
- 3. 客户端使用
- 四、模式进阶技巧
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- 1. 延迟加载优化
- 2. 组合迭代器
- 3. 可视化调试工具
- 五、游戏开发典型应用场景
- 六、性能优化策略
- 七、模式对比与选择
- 八、最佳实践原则
- 九、常见问题解决方案
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组合模式（Composite Pattern）深度解析
——以Unity实现动态技能系统与嵌套式UI界面为核心案例
一、模式本质与核心价值
核心目标：
✅ 统一处理单个对象与组合对象，建立树形结构层次
✅ 递归组合实现复杂结构，简化客户端代码
✅ 支持动态扩展节点类型，符合开闭原则
关键术语：
- Component（组件）：定义统一接口（如游戏技能基类）
- Leaf（叶子节点）：不可再分的基础元素（如基础技能）
- Composite（复合节点）：包含子组件的容器（如组合技能）
数学表达：
设组合结构为树T，其中每个节点N满足：
N.Operation() = N自身操作 + Σ(子节点.Operation())
二、经典UML结构
contains
«interface»
ISkillComponent
+Execute()
+Add(ISkillComponent)
+Remove(ISkillComponent)
+GetChild(int) : ISkillComponent
FireballSkill
+Execute()
SkillCombo
-children: List
+Execute()
+Add(ISkillComponent)
+Remove(ISkillComponent)
+GetChild(int) : ISkillComponent
三、Unity实战代码（技能系统）
1. 定义组件接口
public interface ISkillComponent {
void Execute();
void Add(ISkillComponent component);
void Remove(ISkillComponent component);
ISkillComponent GetChild(int index);
}
public abstract class SkillComponent : MonoBehaviour, ISkillComponent {
public virtual void Add(ISkillComponent component) {
throw new System.NotSupportedException("叶子技能不能添加子技能");
}
public virtual void Remove(ISkillComponent component) {
throw new System.NotSupportedException("叶子技能不能移除子技能");
}
public virtual ISkillComponent GetChild(int index) {
throw new System.NotSupportedException("叶子技能没有子技能");
}
public abstract void Execute();
}
2. 实现叶子节点与复合节点
// 叶子技能：火球术
public class FireballSkill : SkillComponent {
[SerializeField] private ParticleSystem castEffect;
public override void Execute() {
StartCoroutine(CastRoutine());
}
private IEnumerator CastRoutine() {
castEffect.Play();
yield return new WaitForSeconds(0.5f);
Debug.Log("发射火球！造成100点伤害");
}
}
// 复合技能：三连击
public class ComboSkill : SkillComponent {
private readonly List<ISkillComponent> _children = new();
public override void Add(ISkillComponent component) {
_children.Add(component);
}
public override void Execute() {
StartCoroutine(ExecuteCombo());
}
private IEnumerator ExecuteCombo() {
foreach(var skill in _children) {
skill.Execute();
yield return new WaitForSeconds(0.3f);
}
}
}
3. 客户端使用
public class SkillManager : MonoBehaviour {
void Start() {
// 构建组合技能
var combo = new ComboSkill();
combo.Add(new BasicAttack());
combo.Add(new UpperCut());
combo.Add(new FinalSmash());
// 执行组合技能
if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Q)) {
combo.Execute();
}
}
}
四、模式进阶技巧
1. 延迟加载优化
public class LazyComposite : SkillComponent {
private List<ISkillComponent> _children;
public override void Add(ISkillComponent component) {
_children ??= new List<ISkillComponent>();
_children.Add(component);
}
}
2. 组合迭代器
public class SkillIterator {
private readonly Stack<ISkillComponent> _stack = new();
public SkillIterator(ISkillComponent root) {
_stack.Push(root);
}
public bool HasNext() => _stack.Count > 0;
public ISkillComponent Next() {
var current = _stack.Pop();
if(current is CompositeSkill composite) {
foreach(var child in composite.GetChildren().Reverse()) {
_stack.Push(child);
}
}
return current;
}
}
3. 可视化调试工具
public class SkillTreeDebugger : MonoBehaviour {
void OnDrawGizmos() {
DrawSkillTree(_rootSkill);
}
private void DrawSkillTree(ISkillComponent node, Vector3 position, int depth = 0) {
Gizmos.DrawSphere(position, 0.2f);
if(node is CompositeSkill composite) {
var childPos = position + Vector3.right * (1f / depth);
foreach(var child in composite.GetChildren()) {
DrawSkillTree(child, childPos, depth + 1);
Gizmos.DrawLine(position, childPos);
}
}
}
}
五、游戏开发典型应用场景
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技能/天赋树系统
public class TalentTree : CompositeSkill { public void UnlockPath(ISkillComponent target) { // 递归解锁前置天赋 } } -
动态UI系统
public class UIWidget : MonoBehaviour { private List<UIWidget> _children = new(); public void Render() { foreach(var child in _children) { child.Render(); } } } -
场景对象管理
public class SceneObjectGroup : MonoBehaviour { private List<SceneObject> _children = new(); public void SetVisibility(bool visible) { foreach(var child in _children) { child.gameObject.SetActive(visible); } } } -
成就系统
public class AchievementSystem : CompositeAchievement { public void CheckProgress() { foreach(var achievement in GetChildren()) { if(achievement is CompositeAchievement composite) { composite.CheckProgress(); } else { achievement.UpdateStatus(); } } } }
六、性能优化策略
| 策略 | 实现方式 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 批处理渲染 | 合并Mesh/材质 | UI系统 |
| 惰性求值 | 缓存计算结果 | 复杂技能树 |
| 空间分区 | 四叉树/八叉树 | 场景管理 |
| 对象池 | 复用叶子节点 | 频繁创建销毁 |
七、模式对比与选择
| 维度 | 组合模式 | 装饰器模式 |
|---|---|---|
| 目的 | 构建树形结构 | 动态添加职责 |
| 结构 | 父子关系 | 链式包装 |
| 扩展性 | 垂直扩展 | 水平扩展 |
| 典型应用 | 技能组合 | 装备强化系统 |
八、最佳实践原则
- 透明性原则：保持叶子节点与复合节点接口一致
- 安全访问控制：使用
TryGetComponent进行类型检查 - 循环引用检测：
public void Add(ISkillComponent component) { if(component == this) throw new ArgumentException("禁止循环引用"); _children.Add(component); } - 事件通知：实现
INotifyCollectionChanged接口
九、常见问题解决方案
Q1：如何处理叶子节点的空方法？
→ 使用空对象模式提供默认实现
public class NullSkill : ISkillComponent {
public void Execute() { /* 静默失败 */ }
public void Add(ISkillComponent c) {}
// 其他方法...
}
Q2：如何优化深层次遍历性能？
→ 实现备忘录模式缓存遍历结果
public class SkillCache {
private Dictionary<ISkillComponent, List<ISkillComponent>> _cache = new();
public List<ISkillComponent> GetFlattenedList(ISkillComponent root) {
if(!_cache.ContainsKey(root)) {
_cache[root] = FlattenTree(root);
}
return _cache[root];
}
}
Q3：如何实现撤销/重做功能？
→ 使用命令模式封装操作
public class AddSkillCommand : ICommand {
private CompositeSkill _parent;
private ISkillComponent _child;
public void Execute() => _parent.Add(_child);
public void Undo() => _parent.Remove(_child);
}
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