C#面试常考随笔12：游戏开发中常用的设计模式【C#面试题（中级篇）补充】

C#面试题（中级篇），详细讲解，帮助你深刻理解，拒绝背话术！-CSDN博客

简单工厂模式

优点：

根据条件有工厂类直接创建具体的产品

客户端无需知道具体的对象名字，可以通过配置文件创建，灵活。

缺点：

每增加一个对象，就需要在工厂添加新的产品，修改工厂逻辑，不易拓展

using System;// 定义产品的抽象基类
public abstract class Product
{public abstract void Use();
}// 具体产品类A
public class ConcreteProductA : Product
{public override void Use(){Console.WriteLine("Using ConcreteProductA");}
}// 具体产品类B
public class ConcreteProductB : Product
{public override void Use(){Console.WriteLine("Using ConcreteProductB");}
}// 简单工厂类
public class SimpleFactory
{public static Product CreateProduct(string type){switch (type){case "A":return new ConcreteProductA();case "B":return new ConcreteProductB();default:throw new ArgumentException("Invalid product type");}}
}class Program
{static void Main(){Product productA = SimpleFactory.CreateProduct("A");productA.Use();Product productB = SimpleFactory.CreateProduct("B");productB.Use();}
}

工厂方法模式

解决了简单工厂的开放-关闭原则

不同的子类由工厂子类创建

但是对象数量会很多

抽象工厂

抽象工厂：（相当于有多个工厂）不同厂商生产的同一产品，产品拥有相同的结构，区别在于不同的厂商和动作的细节。比如多个电脑工厂，生产不同品牌的电脑，电脑有多个配件，每个工厂都生产这些配件（）。

抽象工厂有产品，继承的工厂生产对应厂商的产品。

using System;// 定义产品A的抽象基类
public abstract class AbstractProductA
{public abstract void UseA();
}// 具体产品A1
public class ConcreteProductA1 : AbstractProductA
{public override void UseA(){Console.WriteLine("Using ConcreteProductA1");}
}// 具体产品A2
public class ConcreteProductA2 : AbstractProductA
{public override void UseA(){Console.WriteLine("Using ConcreteProductA2");}
}// 定义产品B的抽象基类
public abstract class AbstractProductB
{public abstract void UseB();
}// 具体产品B1
public class ConcreteProductB1 : AbstractProductB
{public override void UseB(){Console.WriteLine("Using ConcreteProductB1");}
}// 具体产品B2
public class ConcreteProductB2 : AbstractProductB
{public override void UseB(){Console.WriteLine("Using ConcreteProductB2");}
}// 抽象工厂类
public abstract class AbstractFactory
{public abstract AbstractProductA CreateProductA();public abstract AbstractProductB CreateProductB();
}// 具体工厂类1，负责创建产品A1和产品B1
public class ConcreteFactory1 : AbstractFactory
{public override AbstractProductA CreateProductA(){return new ConcreteProductA1();}public override AbstractProductB CreateProductB(){return new ConcreteProductB1();}
}// 具体工厂类2，负责创建产品A2和产品B2
public class ConcreteFactory2 : AbstractFactory
{public override AbstractProductA CreateProductA(){return new ConcreteProductA2();}public override AbstractProductB CreateProductB(){return new ConcreteProductB2();}
}class Program
{static void Main(){AbstractFactory factory1 = new ConcreteFactory1();AbstractProductA productA1 = factory1.CreateProductA();AbstractProductB productB1 = factory1.CreateProductB();productA1.UseA();productB1.UseB();AbstractFactory factory2 = new ConcreteFactory2();AbstractProductA productA2 = factory2.CreateProductA();AbstractProductB productB2 = factory2.CreateProductB();productA2.UseA();productB2.UseB();}
}

观察者模式（发布-订阅）

和事件系统的逻辑基本一致

一个发布者，多个订阅者。把观察者注册进去。下图是简易的事件系统

using System;
using System.Collections.Generic;// 定义观察者接口
public interface IObserver
{void Update(string message);
}// 定义主题接口
public interface ISubject
{void RegisterObserver(IObserver observer);void RemoveObserver(IObserver observer);void NotifyObservers();
}// 具体主题类
public class ConcreteSubject : ISubject
{private List<IObserver> observers = new List<IObserver>();private string message;public void RegisterObserver(IObserver observer){observers.Add(observer);}public void RemoveObserver(IObserver observer){observers.Remove(observer);}public void NotifyObservers(){foreach (var observer in observers){observer.Update(message);}}public void SetMessage(string newMessage){message = newMessage;NotifyObservers();}
}// 具体观察者类
public class ConcreteObserver : IObserver
{private string name;public ConcreteObserver(string name){this.name = name;}public void Update(string message){Console.WriteLine($"{name} received message: {message}");}
}class Program
{static void Main(){// 创建主题ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();// 创建观察者ConcreteObserver observer1 = new ConcreteObserver("Observer 1");ConcreteObserver observer2 = new ConcreteObserver("Observer 2");// 注册观察者subject.RegisterObserver(observer1);subject.RegisterObserver(observer2);// 主题发布消息subject.SetMessage("New message from the subject!");// 移除一个观察者subject.RemoveObserver(observer2);// 主题再次发布消息subject.SetMessage("Another message from the subject!");}
}

状态模式

特点：

和FSM有限状态机是相似逻辑，可以说FSM是状态模式的运用

将状态相关的行为封装到不同的状态类中，使得状态的变化和对象行为的变化能够独立进行，符合开闭原则。

游戏中角色的不同状态（如奔跑、跳跃、攻击等）可用状态模式实现，每个状态有不同行为逻辑

using System;// 定义状态接口
public interface IState
{void Handle(Context context);
}// 具体状态类A
public class ConcreteStateA : IState
{public void Handle(Context context){Console.WriteLine("Handling state A. Transitioning to state B.");context.State = new ConcreteStateB();}
}// 具体状态类B
public class ConcreteStateB : IState
{public void Handle(Context context){Console.WriteLine("Handling state B. Transitioning to state A.");context.State = new ConcreteStateA();}
}// 上下文类
public class Context
{private IState state;public Context(IState initialState){this.state = initialState;}public IState State{get { return state; }set{state = value;Console.WriteLine($"State changed to {state.GetType().Name}");}}public void Request(){state.Handle(this);}
}class Program
{static void Main(){// 创建初始状态IState initialState = new ConcreteStateA();// 创建上下文对象Context context = new Context(initialState);// 执行请求，触发状态转换context.Request();context.Request();}
}

IState 接口：定义了状态的行为方法 Handle，具体的状态类需要实现该方法。
ConcreteStateA 和 ConcreteStateB 类：实现了 IState 接口，分别代表不同的状态，在 Handle 方法中处理当前状态的逻辑，并可以进行状态的转换。
Context 类：维护一个当前状态的引用 state，通过 Request 方法调用当前状态的 Handle 方法，同时提供了 State 属性用于改变当前状态。

优点

可维护性高：将不同状态的行为封装到不同的状态类中，使得代码结构清晰，易于理解和维护。当需要添加新的状态时，只需要创建一个新的状态类并实现相应的行为，而不需要修改现有的代码。
可扩展性强：符合开闭原则，对扩展开放，对修改关闭。可以方便地添加新的状态和状态转换逻辑，而不会影响其他状态类和上下文类。
状态转换清晰：状态的转换逻辑集中在状态类中，使得状态转换的规则更加清晰，易于管理和调试。

缺点

类的数量增加：每个状态都需要一个对应的状态类，当状态较多时，会导致类的数量增加，增加了系统的复杂性。
状态之间的耦合：状态类之间可能存在一定的耦合，特别是在状态转换时，一个状态类可能需要知道其他状态类的信息，这可能会影响代码的可维护性。

装饰器模式

动态地给对象添加额外职责。游戏中给角色添加装备或增益效果可使用装饰器模式

using System;// 定义组件接口
public interface IComponent
{void Operation();
}// 具体组件类
public class ConcreteComponent : IComponent
{public void Operation(){Console.WriteLine("ConcreteComponent: Performing basic operation.");}
}// 装饰器抽象类
public abstract class Decorator : IComponent
{protected IComponent component;public Decorator(IComponent component){this.component = component;}public virtual void Operation(){if (component != null){component.Operation();}}
}// 具体装饰器类A
public class ConcreteDecoratorA : Decorator
{public ConcreteDecoratorA(IComponent component) : base(component){}public override void Operation(){base.Operation();AddedBehaviorA();}private void AddedBehaviorA(){Console.WriteLine("ConcreteDecoratorA: Adding additional behavior A.");}
}// 具体装饰器类B
public class ConcreteDecoratorB : Decorator
{public ConcreteDecoratorB(IComponent component) : base(component){}public override void Operation(){base.Operation();AddedBehaviorB();}private void AddedBehaviorB(){Console.WriteLine("ConcreteDecoratorB: Adding additional behavior B.");}
}class Program
{static void Main(){// 创建具体组件IComponent component = new ConcreteComponent();// 使用具体装饰器A包装组件IComponent decoratedComponentA = new ConcreteDecoratorA(component);// 使用具体装饰器B包装经过装饰器A包装的组件IComponent decoratedComponentB = new ConcreteDecoratorB(decoratedComponentA);// 调用操作方法decoratedComponentB.Operation();}
}

优点：

装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合。
装饰模式是继承的一个替代模式，装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。

缺点：

多层装饰比较复杂。

适配器模式

将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。适配器模式主要有类适配器模式和对象适配器模式两种实现方式。

对象适配器：相当于把对象作为一个属性

类适配器：相当于继承

对象：

using System;// 目标接口，客户端所期望的接口
public interface ITarget
{void Request();
}// 适配者类，需要被适配的类
public class Adaptee
{public void SpecificRequest(){Console.WriteLine("Adaptee: Specific request.");}
}// 适配器类，实现目标接口并持有适配者对象
public class Adapter : ITarget
{private Adaptee adaptee;public Adapter(Adaptee adaptee){this.adaptee = adaptee;}public void Request(){adaptee.SpecificRequest();}
}class Program
{static void Main(){// 创建适配者对象Adaptee adaptee = new Adaptee();// 创建适配器对象并传入适配者对象ITarget adapter = new Adapter(adaptee);// 通过适配器调用目标接口方法adapter.Request();}
}

类：

using System;// 目标接口
public interface ITargetClassAdapter
{void Request();
}// 适配者类
public class AdapteeClassAdapter
{public void SpecificRequest(){Console.WriteLine("AdapteeClassAdapter: Specific request.");}
}// 适配器类，继承适配者类并实现目标接口
public class ClassAdapter : AdapteeClassAdapter, ITargetClassAdapter
{public void Request(){SpecificRequest();}
}class ProgramClassAdapter
{static void Main(){// 创建类适配器对象ITargetClassAdapter adapter = new ClassAdapter();// 通过适配器调用目标接口方法adapter.Request();}
}

优点

提高复用性：可以让原本不兼容的类一起工作，使得一些已经存在的类可以被复用，无需对其进行修改。例如，当你有一个旧的库，其接口与新系统不兼容时，使用适配器模式可以将其集成到新系统中。
灵活性和扩展性：适配器模式符合开闭原则，当需要适配新的类时，只需要创建新的适配器类，而不需要修改现有的代码。
解耦性：将客户端和适配者解耦，客户端只需要与目标接口交互，而不需要关心适配者的具体实现。