游戏编程模式----命令模式

游戏开发是一门很深的学问，作为程序员的我们要拥有架构整个项目的能力，所以设计模式是我们必须要学习的课程。但是很多设计模式在游戏开发中可能不太实用，所以我创建了此系列文章，详细记录我在学习设计模式过程中使用和学习到的比较好的设计思想，还有一些自己的总结与归纳！如果感觉到文章对你有帮助，欢迎关注点赞加收藏！！！

该系列文章绝不是简单的阐述概念，而是将知识点互相串通，融入使用。欢迎大家关注，文章会持续更新！！！
游戏编程模式电子书-中文版

第一节命令模式

文章目录

游戏编程模式----命令模式
第一节命令模式
总结

1.命令模式的概念

概念：
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。

命令模式是一种回调的面向对象实现。

在某些语言中的反射允许你在程序运行时命令式地和类型交互。
你可以获得类的类型对象，可以与其交互看看这个类型能做什么。换言之，反射是具现化类型的系统。

这写的啥？每个字我都认识，为什么连起来我就看不懂了？？？什么情况？？？
呃…要回答这个问题，我们首先需要理解什么是请求

请求？
请求就是我们调用其他函数，你可以这么简单理解
比如说，我们按下WASD分别调用MoveA()，MoveB()，MoveC()，MoveD()，这些函数。那么我们按下A就是发起一个请求对MoveA()
请求封装为对象？
这里我们可以直接在函数里面监听键盘事件，等按下A，就调用MoveA()函数
但是，我们可以将命令进行封装，命令是一个类，这个类里面定义了一些函数，记录了这个命令应该做什么。那么，我们需要调用MoveA()去控制主角往左走的时候，我们可以直接去实例化一个命令对象，将这个命令对象传给Player，由Player去解析这个命令对象，然后去完成相应的操作。
那么之前我们按下WASD分别调用MoveA()，MoveB()，MoveC()，MoveD()，现在我们按下WASD就是分别实例化不同的命令对象，然后去传给Player
对请求排队或记录请求日志
这样来说，我们现在已经将控制玩家的命令进行实例化成命令对象了，每次我们只需要传命令对象给Player，我们就可以控制它。
但是，Player是如何对这个命令进行解析的呢？
这个命令对象，内部有Todo方法，让我们去做什么，也有Undo方法，提供给我们撤销命令。比如说，我们按下A，实例化一个往左的命令给Player，但是如果我们这个不需要往左了，我们要撤销这个命令，但是我们已经执行到一半了，应该怎么办？我们这个往左的命令对象，比如说是让我们往左1m，那么我们这个命令对象就应该记录命令执行前的位置。当我们调用命令对象的Undo撤销命令的时候，我们就往命令执行前的位置回退即可。
这里，我们就可以引入请求排队的概念了，如果我们按下了A和D，这个时候我们Player接受到两个命令，一个往左的命令对象，一个往右的命令对象，我们用个队列来存好，然后按顺序执行命令即可。
记录请求日志，也就是我们将队列入队的时候，进行记录即可
支持可撤销的操作？
前面我们举例了，我们每一个Player都有一个命令队列，那么，我们执行我们的一个命令对象的时候，如果我们选择不做了，比如Ctrl+Z，撤销操作，只需要调用命令对象的Undo函数即可。比如我们已经执行了WASD四个命令对象，我们撤销这四个命令，就反方向去撤销命令，UndoD，UndoS，UndoA，UndoW即可

综上所诉，就是命令模式的核心思想
如果你看完还是脑袋晕晕的话，那就请看下面我对命令模式的不同使用场景的详细举例

2.配置玩家按键输入

在每个游戏中都有一块代码读取用户的输入——按钮按下，键盘敲击，鼠标点击，诸如此类。这块代码会获取用户的输入，然后将其变为游戏中有意义的行为：
在这里插入图片描述
下面是一种简单的实现：

void InputHandler::handleInput()
{
    
    
  if (isPressed(BUTTON_X)) jump();
  else if (isPressed(BUTTON_Y)) fireGun();
  else if (isPressed(BUTTON_A)) swapWeapon();
  else if (isPressed(BUTTON_B)) lurchIneffectively();
}

这个函数通常在游戏循环中每帧调用一次，我确信你可以理解它做了什么。在我们想将用户的输入和程序行为硬编码在一起时，这段代码可以正常工作，但是许多游戏允许玩家配置按键的功能。

那么我们修改了配置按键，是不是我们要修改代码？然后重新运行项目？

为了支持这点，需要将这些对jump()和fireGun()的直接调用转化为可以变换的东西。
“变换”听起来有点像变量干的事，因此我们需要表示游戏行为的对象。进入：命令模式。我们将这些函数，封装成一个个的命令。

我们定义了一个 基类Command 代表可触发的游戏行为：

class Command
{
    
    
public:
  virtual ~Command() {
    
    }  //构造函数
  virtual void execute() = 0;  // 命令函数
};

然后我们为不同的游戏行为定义相应的子类：

class JumpCommand : public Command
{
    
    
public:
  //继承命令基类，重写虚函数，让该JumpCommand执行jump()
  virtual void execute() {
    
     jump(); } 
};

class FireCommand : public Command
{
    
    
public:
  //继承命令基类，重写虚函数，让该FireCommand执行fireGun()
  virtual void execute() {
    
     fireGun(); }
};

// 你知道思路了吧

在代码的输入处理部分，为每个按键存储一个指向命令的指针。
InputHandler类来处理按钮事件

class InputHandler
{
    
    
public:
  void handleInput(); //该函数获取

  // 绑定命令的方法……

private:
  Command* buttonX_;
  Command* buttonY_;
  Command* buttonA_;
  Command* buttonB_;
};

现在输入处理部分这样处理：

void InputHandler::handleInput()
{
    
    
  if (isPressed(BUTTON_X)) buttonX_->execute();
  else if (isPressed(BUTTON_Y)) buttonY_->execute();
  else if (isPressed(BUTTON_A)) buttonA_->execute();
  else if (isPressed(BUTTON_B)) buttonB_->execute();
}

注意在这里没有检测NULL了吗？这假设每个按键都与某些命令相连。

如果想支持不做任何事情的按键又不想显式检测NULL，我们可以定义一个命令类，它的execute()什么也不做。
这样，某些按键处理器不必设为NULL，只需指向这个类。这种模式被称为空对象。

以前每个输入直接调用函数，现在会有一层间接寻址：

一个手柄，每个按键都与一个特定的’button_'变量相关联，这个变量再与函数关联。

这是命令模式的简短介绍。
在这里插入图片描述

3.一个控制器去控制不同的角色

我们刚才定义的Command类可以在之前的例子上正常工作，但有很大的局限。问题在于假设了顶层的jump(), fireGun()之类的函数可以找到玩家角色，然后像木偶一样操纵它。
这些假定的耦合限制了这些命令的用处。JumpCommand只能让玩家的角色跳跃。

让我们放松这个限制。 不让函数去找它们控制的角色，我们将函数控制的角色对象传进去：

class Command
{
    
    
public:
  virtual ~Command() {
    
    }
  virtual void execute(GameActor& actor) = 0;
};

这里的GameActor是代表游戏世界中角色的“游戏对象”类。我们将其传给execute()，这样命令类的子类就可以调用所选游戏对象上的方法，就像这样：

class JumpCommand : public Command
{
    
    
public:
  virtual void execute(GameActor& actor)
  {
    
    
    actor.jump();
  }
};

现在，我们可以使用这个类让游戏中的任何角色跳来跳去了。在输入控制部分和在对象上调用命令部分之间，我们还缺了一块代码。

第一，我们修改handleInput()，让它可以返回命令：

Command* InputHandler::handleInput()
{
    
    
  if (isPressed(BUTTON_X)) return buttonX_;
  if (isPressed(BUTTON_Y)) return buttonY_;
  if (isPressed(BUTTON_A)) return buttonA_;
  if (isPressed(BUTTON_B)) return buttonB_;

  // 没有按下任何按键，就什么也不做
  return NULL;
}

这里不能立即执行，因为还不知道哪个角色会传进来。这里我们享受了命令是具体调用的好处——延迟到调用执行时再知道。

然后，需要一些接受命令的代码，作用在玩家角色上。像这样：

Command* command = inputHandler.handleInput();
if (command)
{
    
    
  command->execute(actor);
}

将actor视为玩家角色的引用，它会正确地按着玩家的输入移动，所以我们赋予了角色和前面例子中相同的行为。通过在命令和角色间增加了一层重定向，我们获得了一个灵巧的功能：
我们可以让玩家控制游戏中的任何角色，只需向命令传入不同的角色。

在实践中，这个特性并不经常使用，但是经常会有类似的用例跳出来。到目前为止，我们只考虑了玩家控制的角色，但是游戏中的其他角色呢？它们被游戏AI控制。我们可以在AI和角色之间使用相同的命令模式；AI代码只需生成Command对象。

在选择命令的AI和展现命令的游戏角色间解耦给了我们很大的灵活度。我们可以对不同的角色使用不同的AI，或者为了不同的行为而混合AI。想要一个更加有攻击性的对手？插入一个更加有攻击性的AI为其生成命令。事实上，我们甚至可以为玩家角色加上AI，在展示阶段，游戏需要自动演示时，这是很有用的。

把控制角色的命令变为第一公民对象，去除直接方法调用中严厉的束缚。将其视为命令队列，或者是命令流：
在这里插入图片描述
一些代码（输入控制器或者AI）产生一系列命令放入流中。另一些代码（调度器或者角色自身）调用并消耗命令。通过在中间加入队列，我们解耦了消费者和生产者。

如果将这些指令序列化，我们可以通过网络流传输它们。我们可以接受玩家的输入，将其通过网络发送到另外一台机器上，然后重现之。这是网络多人游戏的基础。

4.撤销和重做

最后的这个例子是这种模式最广为人知的使用情况。如果一个命令对象可以做一件事，那么它亦可以撤销这件事。在一些策略游戏中使用撤销，这样你就可以回滚那些你不喜欢的操作。它是创造游戏时必不可少的工具。一个不能撤销误操作导致的错误的编辑器，肯定会让游戏设计师恨你。
没有了命令模式，实现撤销非常困难，有了它，就是小菜一碟。假设我们在制作单人回合制游戏，想让玩家能撤销移动，这样他们就可以集中注意力在策略上而不是猜测上。

我们已经使用了命令来抽象输入控制，所以每个玩家的举动都已经被封装其中。举个例子，移动一个单位的代码可能如下：

class MoveUnitCommand : public Command
{
    
    
public:
  MoveUnitCommand(Unit* unit, int x, int y)
  : unit_(unit),
    x_(x),
    y_(y)
  {
    
    }

  virtual void execute()
  {
    
    
    unit_->moveTo(x_, y_);
  }

private:
  Unit* unit_;
  int x_, y_;
};

注意这和前面的命令有些许不同。在前面的例子中，我们需要从修改的角色那里抽象命令。在这个例子中，我们将命令绑定到要移动的单位上。这条命令的实例不是通用的“移动某物”命令；而是游戏回合中特殊的一次移动。

这展现了命令模式应用时的一种情形。就像之前的例子，指令在某些情形中是可重用的对象，代表了可执行的事件。我们早期的输入控制器将其实现为一个命令对象，然后在按键按下时调用其execute()方法。

这里的命令更加特殊。它们代表了特定时间点能做的特定事件。这意味着输入控制代码可以在玩家下决定时创造一个实例。就像这样：

Command* handleInput()
{
    
    
  Unit* unit = getSelectedUnit();

  if (isPressed(BUTTON_UP)) {
    
    
    // 向上移动单位
    int destY = unit->y() - 1;
    return new MoveUnitCommand(unit, unit->x(), destY);
  }

  if (isPressed(BUTTON_DOWN)) {
    
    
    // 向下移动单位
    int destY = unit->y() + 1;
    return new MoveUnitCommand(unit, unit->x(), destY);
  }

  // 其他的移动……

  return NULL;
}

命令的一次性为我们很快地赢得了一个优点。为了让指令可被取消，我们为每个类定义另一个需要实现的方法：

class Command
{
    
    
public:
  virtual ~Command() {
    
    }
  virtual void execute() = 0;
  virtual void undo() = 0;
};

undo()方法回滚了execute()方法造成的游戏状态改变。这里是添加了撤销功能后的移动命令：

当然，在像C++这样没有垃圾回收的语言中，这意味着执行命令的代码也要负责释放内存。

class MoveUnitCommand : public Command
{
    
    
public:
  MoveUnitCommand(Unit* unit, int x, int y)
  : unit_(unit),
    xBefore_(0),
    yBefore_(0),
    x_(x),
    y_(y)
  {
    
    }

  virtual void execute()
  {
    
    
    // 保存移动之前的位置
    // 这样之后可以复原。

    xBefore_ = unit_->x();
    yBefore_ = unit_->y();

    unit_->moveTo(x_, y_);
  }

  virtual void undo()
  {
    
    
    unit_->moveTo(xBefore_, yBefore_);
  }

private:
  Unit* unit_;
  int xBefore_, yBefore_;
  int x_, y_;
};

注意我们为类添加了更多的状态。当单位移动时，它忘记了它之前是什么样的。如果我们想要撤销这个移动，我们需要记得单位之前的状态，也就是xBefore_和yBefore_的作用。
为了让玩家撤销移动，我们记录了执行的最后命令。当他们按下control+z时，我们调用命令的undo()方法。（如果他们已经撤销了，那么就变成了“重做”，我们会再一次执行命令。）

支持多重的撤销也不太难。我们不单单记录最后一条指令，还要记录指令列表，然后用一个引用指向“当前”的那个。当玩家执行一条命令，我们将其添加到列表，然后将代表“当前”的指针指向它。

从旧到新排列的命令栈。
一个当前箭头指向一条命令，一个“撤销”箭头指向之前的命令，一个“重做”指向之后的命令
在这里插入图片描述

当玩家选择“撤销”，我们撤销现在的命令，将代表当前的指针往后退。当他们选择“重做”，我们将代表当前的指针往前进，执行该指令。如果在撤销后选择了新命令，那么清除命令列表中当前的指针所指命令之后的全部命令。

第一次在关卡编辑器中实现这点时，我觉得自己简直就是个天才。我惊讶于它如此的简明有效。你需要约束自己，保证每个数据修改都通过命令完成，一旦你做到了，余下的都很简单。

5.用类还是用函数？

早些时候，我说过命令与第一公民函数或者闭包类似，但是在这里展现的每个例子都是通过类完成的。如果你更熟悉函数式编程，你也许会疑惑函数都在哪里。

我用这种方式写例子是因为C++对第一公民函数支持非常有限。函数指针没有状态，函子很奇怪而且仍然需要定义类，在C++11中的lambda演算需要大量的人工记忆辅助才能使用。

这并不是说你在其他语言中不可以用函数来完成命令模式。如果你使用的语言支持闭包，不管怎样，快去用它！在某种程度上说，命令模式是为一些没有闭包的语言模拟闭包。

重做在游戏中并不常见，但重放常见。一种简单的重放实现是记录游戏每帧的状态，这样它可以回放，但那会消耗太多的内存。
相反，很多游戏记录每个实体每帧运行的命令。为了重放游戏，引擎只需要正常运行游戏，执行之前存储的命令。

举个例子，如果我们使用javascript来写游戏，那么我们可以用这种方式来写让单位移动的命令：

function makeMoveUnitCommand(unit, x, y) {
    
    
  // 这个函数就是命令对象:
  return function() {
    
    
    unit.moveTo(x, y);
  }
}

我们可以通过一对闭包来为撤销提供支持：

function makeMoveUnitCommand(unit, x, y) {
    
    
  var xBefore, yBefore;
  return {
    
    
    execute: function() {
    
    
      xBefore = unit.x();
      yBefore = unit.y();
      unit.moveTo(x, y);
    },
    undo: function() {
    
    
      unit.moveTo(xBefore, yBefore);
    }
  };
}

如果你习惯了函数式编程风格，这种做法是很自然的。如果你没有，我希望这章可以帮你了解一些。对于我而言，命令模式展现了函数式范式在很多问题上的高效性。

游戏编程模式----1.命令模式

游戏编程模式----命令模式

第一节命令模式

文章目录

1.命令模式的概念

2.配置玩家按键输入

3.一个控制器去控制不同的角色

4.撤销和重做

5.用类还是用函数？

总结

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游戏编程模式----1.命令模式

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第一节 命令模式

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1.命令模式的概念

2.配置玩家按键输入

3.一个控制器去控制不同的角色

4.撤销和重做

5.用类还是用函数？

总结

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