Unity3d 一个优秀的程序必备的几种设计模式

unity编程众所周知，它是属于脚本化，脚本没有一个具体的概念跟架构，
导致在项目过程中，经常出现哪里需要实现什么功能，就随便添加脚本，
结果，就造成了一片混乱，不好管理。
更有甚者，自己的写的代码闲置一段时间后，再去想找某个功能的实现，都要在视图中翻来覆去找半天。
哎!请容许我在此感叹一声，这还是你写的东西么？
因此，一个好的设计模式是多么的重要啊，
那么，我们在使用unity3d开发东西的时候，脚本架构到底应该如何来写？
呵呵...
其实，我也给不了你们具体答案，因为每个人的开发习惯，每个团队的开发模式也各有千秋，
so，在此我只做几种设计模式的总结，
主要参考书籍有《设计模式》《设计模式之禅》《大话设计模式》以及网上一些零散的文章，
但主要内容还是我本人的一些经验以及感悟。
写出来的目的一方面是系统地整理一下，一方面也与广大的网友分享，
至于你们到底如何使用，
望君斟酌啊!
因为设计模式对编程人员来说，的确非常重要。
当然，如果大家的理解跟我有所不同，欢迎留言，大家共同探讨。

• 原则1：单一职责
• 原则2：里氏替换原则（子类扩展但不改变父类功能）
• 原则3：依赖倒置原则
• 原则4：接口隔离原则
• 原则5：迪米特法则（最少知道原则）
• 原则6：开闭原则

 

原则1：单一职责原则

说到单一职责原则，很多人都会不屑一顾。
因为它太简单了，稍有经验的程序员即使从来没有读过设计模式、从来没有听说过单一职责原则，在设计软件时也会自觉的遵守这一重要原则，因为这是常识。
在软件编程中，谁也不希望因为修改了一个功能导致其他的功能发生故障。
而避免出现这一问题的方法便是遵循单一职责原则。
虽然单一职责原则如此简单，并且被认为是常识，但是即便是经验丰富的程序员写出的程序，也会有违背这一原则的代码存在。
为什么会出现这种现象呢？因为有职责扩散。所谓职责扩散，就是因为某种原因，职责被分化成了更细的职责。
如：用一个类描述动物呼吸这个场景。

class Animal
{

    public void breathe(string animal)
    {
        Debug.Log(animal + "呼吸空气");
    }
}

public class Client
{
    Animal animal = new Animal();

    void Start()
    {

        animal.breathe("牛");
        animal.breathe("羊");
        animal.breathe("猪");
    }
}

//运行结果：
    //牛呼吸空气
    //羊呼吸空气
    //猪呼吸空气

程序上线后，发现问题了，并不是所有的动物都呼吸空气的，比如鱼就是呼吸水的。

修改时如果遵循单一职责原则，需要将Animal类细分为陆生动物类Terrestrial，水生动物Aquatic，代码如下：

class Terrestrial
{
    public void breathe(String animal)
    {
        Debug.Log(animal + "呼吸空气");
    }
}

class Aquatic
{
    public void breathe(String animal)
    {
        Debug.Log(animal + "呼吸水");
    }
}

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();
        terrestrial.breathe("牛");
        terrestrial.breathe("羊");
        terrestrial.breathe("猪");

        Aquatic aquatic = new Aquatic();
        aquatic.breathe("鱼");
    }
}

//运行结果：
    //牛呼吸空气
    //羊呼吸空气
    //猪呼吸空气
    //鱼呼吸水

我们会发现如果这样修改花销是很大的，除了将原来的类分解之外，还需要修改客户端。
而直接修改类Animal来达成目的虽然违背了单一职责原则，但花销却小的多，代码如下：

class Animal
{
    public void breathe(String animal)
    {
        if ("鱼" == animal)
        {
            Debug.Log((animal + "呼吸水"));
        }
        else
        {
            Debug.Log((animal + "呼吸空气"));
        }
    }
}

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Animal animal = new Animal();
        animal.breathe("牛");
        animal.breathe("羊");
        animal.breathe("猪");
        animal.breathe("鱼");
    }
}

可以看到，这种修改方式要简单的多。
但是却存在着隐患：有一天需要将鱼分为呼吸淡水的鱼和呼吸海水的鱼，
则又需要修改Animal类的breathe方法，而对原有代码的修改会对调用“猪”“牛”“羊”等相关功能带来风险，
也许某一天你会发现程序运行的结果变为“牛呼吸水”了。
这种修改方式直接在代码级别上违背了单一职责原则，虽然修改起来最简单，但隐患却是最大的。
还有一种修改方式：

class Animal
{
    public void breathe(String animal)
    {
        Debug.Log(animal + "呼吸空气");
    }

    public void breathe2(String animal)
    {
        Debug.Log(animal + "呼吸水");
    }
}

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Animal animal = new Animal();
        animal.breathe("牛");
        animal.breathe("羊");
        animal.breathe("猪");
        animal.breathe2("鱼");
    }
}

可以看到，这种修改方式没有改动原来的方法，而是在类中新加了一个方法，这样虽然也违背了单一职责原则，
但在方法级别上却是符合单一职责原则的，因为它并没有动原来方法的代码。这三种方式各有优缺点，
那么在实际编程中，采用哪一中呢？
其实这真的比较难说，需要根据实际情况来确定。
我的原则是：只有逻辑足够简单，才可以在代码级别上违反单一职责原则；只有类中方法数量足够少，才可以在方法级别上违反单一职责原则。
遵循单一职责原的优点有：

• 可以降低类的复杂度，一个类只负责一项职责，其逻辑肯定要比负责多项职责简单的多；
• 提高类的可读性，提高系统的可维护性；
• 变更引起的风险降低，变更是必然的，如果单一职责原则遵守的好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响。

需要说明的一点是单一职责原则不只是面向对象编程思想所特有的，只要是模块化的程序设计，都适用单一职责原则。

原则2：里氏替换原则

肯定有不少人跟我刚看到这项原则的时候一样，对这个原则的名字充满疑惑。
其实原因就是这项原则最早是在1988年，由麻省理工学院的一位姓里的女士（Barbara Liskov）提出来的。
简单来说的话，就是当我们使用继承时，遵循里氏替换原则。
注：类B继承类A时，除添加新的方法完成新增功外，尽量不要重写父类A的方法，也尽量不要重载父类A的方法。
继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法（相对于抽象方法而言），实际上是在设定一系列的规范和契约，
虽然它不强制要求所有的子类必须遵从这些契约，但是如果子类对这些非抽象方法任意修改，
就会对整个继承体系造成破坏。而里氏替换原则就是表达了这一层含义。
继承作为面向对象三大特性之一，在给程序设计带来巨大便利的同时，也带来了弊端。
比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加了对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，
则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，
所有涉及到子类的功能都有可能会产生故障。
那就让我们一起看看继承的风险，如下：

class A
{
    public int func1(int a, int b)
    {
        return a - b;
    }
}

public class Client
{
    void Start()
    {
        A a = new A();
        Debug.Log("100-50=" + a.func1(100, 50));
        Debug.Log("100-80=" + a.func1(100, 80));
    }
}

运行结果：
100-50=50
100-80=20
后来，我们需要增加一个新的功能：完成两数相加，然后再与100求和，由类B来负责。
即类B需要完成两个功能：
两数相减。
两数相加，然后再加100。
由于类A已经实现了第一个功能，所以类B继承类A后，只需要再完成第二个功能就可以了，代码如下

class B:A
{
    public int func1(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }

    public int func2(int a, int b)
    {
        return func1(a, b) + 100;
    }
}

public class Client
{
    private void Start()
    {
        B b = new B();
        Debug.Log("100-50=" + b.func1(100, 50));
        Debug.Log("100-80=" + b.func1(100, 80));
        Debug.Log("100+20+100=" + b.func2(100, 20));
    }
}

类B完成后，运行结果：
100-50=150
100-80=180
100+20+100=220
我们发现原本运行正常的相减功能发生了错误。
原因就是类B在给方法起名时无意中重写了父类的方法，造成所有运行相减功能的代码全部调用了类B重写后的方法，造成原本运行正常的功能出现了错误。
在本例中，引用基类A完成的功能，换成子类B之后，发生了异常。
在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，
但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的几率非常大。
如果非要重写父类的方法，比较通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合，组合等关系代替。

里氏替换原则通俗的来讲就是：

子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。它包含以下4层含义：
1.子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。
2.子类中可以增加自己特有的方法。
3.当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。
4.当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

看上去很不可思议，因为我们会发现在自己编程中常常会违反里氏替换原则，程序照样跑的好好的。
所以大家都会产生这样的疑问，假如我非要不遵循里氏替换原则会有什么后果？
后果就是：你写的代码出问题的几率将会大大增加。

原则3：依赖倒置原则

定义：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节；细节应该依赖抽象。

以抽象为基础搭建起来的架构比以细节为基础搭建起来的架构要稳定的多。
抽象指的是接口或者抽象类，细节就是具体的实现类，使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约，而不去涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。
依赖倒置原则的核心思想是面向接口编程，我们依旧用一个例子来说明面向接口编程比相对于面向实现编程好在什么地方。
场景是这样的，母亲给孩子讲故事，只要给她一本书，她就可以照着书给孩子讲故事了。代码如下：

class Book
{
    public String getContent()
    {
        return "很久很久以前有一个阿拉伯的故事……";
    }
}

class Mother
{
    public void narrate(Book book)
    {
        Debug.Log("妈妈开始讲故事");
        Debug.Log(book.getContent());
    }
}

public class Client
{
    void Start()
    {
        Mother mother = new Mother();
        mother.narrate(new Book());
    }
}

运行结果：
妈妈开始讲故事
很久很久以前有一个阿拉伯的故事……
运行良好，假如有一天，需求变成这样：不是给书而是给一份报纸，让这位母亲讲一下报纸上的故事，报纸的代码如下：

class Newspaper
{
    public String getContent()
    {
        return "林书豪38+7领导尼克斯击败湖人……";
    }
}

这位母亲却办不到，因为她居然不会读报纸上的故事，这太荒唐了，只是将书换成报纸，居然必须要修改Mother才能读。
假如以后需求换成杂志呢？换成网页呢？
还要不断地修改Mother，这显然不是好的设计。
原因就是Mother与Book之间的耦合性太高了，必须降低他们之间的耦合度才行。
我们引入一个抽象的接口IReader。
读物，只要是带字的都属于读物：

interface IReader
{
    String getContent();
}

Mother类与接口IReader发生依赖关系，而Book和Newspaper都属于读物的范畴，
他们各自都去实现IReader接口，这样就符合依赖倒置原则了，代码修改为：

interface IReader
{
    String getContent();
}

class Newspaper : IReader
{
    public String getContent()
    {
        return "林书豪17+9助尼克斯击败老鹰……";
    }
}
class Book : IReader
{
    public String getContent()
    {
        return "很久很久以前有一个阿拉伯的故事……";
    }
}

class Mother
{
    public void narrate(IReader reader)
    {
        Debug.Log("妈妈开始讲故事");
        Debug.Log(reader.getContent());
    }
}

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Mother mother = new Mother();
        mother.narrate(new Book());
        mother.narrate(new Newspaper());
    }
}

运行结果：
妈妈开始讲故事
很久很久以前有一个阿拉伯的故事……
妈妈开始讲故事
林书豪17+9助尼克斯击败老鹰……

这样修改后，无论以后怎样扩展Client类，都不需要再修改Mother类了。
这只是一个简单的例子，实际情况中，代表高层模块的Mother类将负责完成主要的业务逻辑，一旦需要对它进行修改，引入错误的风险极大。
所以遵循依赖倒置原则可以降低类之间的耦合性，提高系统的稳定性，降低修改程序造成的风险。
采用依赖倒置原则给多人并行开发带来了极大的便利，

比如上例中，原本Mother类与Book类直接耦合时，Mother类必须等Book类编码完成后才可以进行编码，因为Mother类依赖于Book类。
修改后的程序则可以同时开工，互不影响，因为Mother与Book类一点关系也没有。
参与协作开发的人越多、项目越庞大，采用依赖导致原则的意义就越重大。
现在很流行的TDD开发模式就是依赖倒置原则最成功的应用。

在实际编程中，我们一般需要做到如下3点：
1.低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有。
2.变量的声明类型尽量是抽象类或接口。使用继承时遵循里氏替换原则。
3.依赖倒置原则的核心就是要我们面向接口编程，理解了面向接口编程，也就理解了依赖倒置。

原则4：接口隔离原则

定义：客户端不应该依赖它不需要的接口；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
将臃肿的接口I拆分为独立的几个接口，类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则。
举例来说明接口隔离原则：

修改后，为分公司增加了打印人员ID的方法，总公司直接调用来打印，从而避免了与分公司的员工发生耦合。

迪米特法则的初衷是降低类之间的耦合，由于每个类都减少了不必要的依赖，因此的确可以降低耦合关系。
但是凡事都有度，虽然可以避免与非直接的类通信，但是要通信，必然会通过一个“中介”来发生联系，例如本例中，
总公司就是通过分公司这个“中介”来与分公司的员工发生联系的。
过分的使用迪米特原则，会产生大量这样的中介和传递类，导致系统复杂度变大。
所以在采用迪米特法则时要反复权衡，既做到结构清晰，又要高内聚低耦合。

原则6：开闭原则

定义：一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。

在软件的生命周期内，因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时，
可能会给旧代码中引入错误，也可能会使我们不得不对整个功能进行重构，并且需要原有代码经过重新测试。
因此，当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。
闭原则是面向对象设计中最基础的设计原则，它指导我们如何建立稳定灵活的系统。开闭原则可能是设计模式六项原则中定义最模糊的一个了，

它只告诉我们对扩展开放，对修改关闭，可是到底如何才能做到对扩展开放，对修改关闭，并没有明确的告诉我们。
以前，如果有人告诉我“你进行设计的时候一定要遵守开闭原则”，我会觉的他什么都没说，但貌似又什么都说了。因为开闭原则真的太虚了。
在仔细思考以及仔细阅读很多设计模式的文章后，终于对开闭原则有了一点认识。
其实，我们遵循设计模式前面5大原则，以及使用23种设计模式的目的就是遵循开闭原则。

也就是说，只要我们对前面5项原则遵守的好了，设计出的软件自然是符合开闭原则的，这个开闭原则更像是前面五项原则遵守程度的“平均得分”，
前面5项原则遵守的好，平均分自然就高，说明软件设计开闭原则遵守的好；
如果前面5项原则遵守的不好，则说明开闭原则遵守的不好。
其实，开闭原则无非就是想表达这样一层意思：用抽象构建框架，用实现扩展细节。
因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。
而软件中易变的细节，我们用从抽象派生的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，我们只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。
当然前提是我们的抽象要合理，要对需求的变更有前瞻性和预见性才行。

最后说明一下如何去遵守这六个原则。
对这六个原则的遵守并不是是和否的问题，而是多和少的问题，也就是说，我们一般不会说有没有遵守，而是说遵守程度的多少。
任何事都是过犹不及，设计模式的六个设计原则也是一样，制定这六个原则的目的并不是要我们刻板的遵守他们，而需要根据实际情况灵活运用。
对他们的遵守程度只要在一个合理的范围内，就算是良好的设计。
如果大家对这六项原则的理解跟我有所不同，欢迎指正

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