【行为型之命令模式】游戏开发实战——Unity可撤销系统与高级输入管理的架构秘钥

敲代码的 蜡笔小新2025-05-16 18:42

文章目录

⌨️ 命令模式（Command Pattern）深度解析

------以Unity实现可撤销操作 与智能输入系统为核心案例

一、模式本质与核心价值

核心目标 ：

✅ 封装操作为对象 ，支持撤销/重做 功能

✅ 解耦请求发送者与执行者 ，提升系统扩展性

✅ 支持请求队列 与日志记录，实现复杂操作管理

关键术语：

  • Command（命令接口）：定义执行操作的统一接口
  • ConcreteCommand（具体命令）：实现具体业务逻辑
  • Invoker（调用者）：触发命令执行（如输入处理器）
  • Receiver（接收者）：实际执行操作的对象

数学表达 ：

操作历史H可表示为命令序列：

H = [C₁, C₂, ..., Cₙ]

撤销操作为：H.pop() → ExecuteInverse(Cₙ)

二、经典UML结构

<<interface>> ICommand +Execute() +Undo() MoveCommand -_unit: Unit -_from: Vector3 -_to: Vector3 +Execute() +Undo() InputHandler -_commandHistory: Stack<ICommand> +HandleInput() Unit +Move(Vector3)

三、Unity实战代码（可撤销的建造系统）
1. 定义命令接口与接收者
csharp 复制代码 
public interface ICommand {
    void Execute();
    void Undo();
}

public class Builder : MonoBehaviour {
    public void BuildWall(Vector3 position) {
        Instantiate(wallPrefab, position, Quaternion.identity);
    }
    
    public void DestroyWall(Vector3 position) {
        var wall = Physics.OverlapSphere(position, 0.5f)
                         .FirstOrDefault(c => c.CompareTag("Wall"));
        if(wall != null) Destroy(wall.gameObject);
    }
}
2. 实现具体命令
csharp 复制代码 
public class BuildCommand : ICommand {
    private Builder _builder;
    private Vector3 _position;
    private GameObject _builtWall;
    
    public BuildCommand(Builder builder, Vector3 pos) {
        _builder = builder;
        _position = pos;
    }
    
    public void Execute() {
        _builder.BuildWall(_position);
        _builtWall = GameObject.FindWithTag("Wall");
    }
    
    public void Undo() {
        if(_builtWall != null) {
            _builder.DestroyWall(_builtWall.transform.position);
        }
    }
}
3. 命令管理器（Invoker）
csharp 复制代码 
public class CommandManager : MonoBehaviour {
    private Stack<ICommand> _commandHistory = new();
    private Stack<ICommand> _redoStack = new();
    
    public void ExecuteCommand(ICommand command) {
        command.Execute();
        _commandHistory.Push(command);
        _redoStack.Clear();
    }
    
    public void Undo() {
        if(_commandHistory.Count == 0) return;
        
        var cmd = _commandHistory.Pop();
        cmd.Undo();
        _redoStack.Push(cmd);
    }
    
    public void Redo() {
        if(_redoStack.Count == 0) return;
        
        var cmd = _redoStack.Pop();
        cmd.Execute();
        _commandHistory.Push(cmd);
    }
}
4. 客户端使用
csharp 复制代码 
public class BuildController : MonoBehaviour {
    [SerializeField] private Builder builder;
    [SerializeField] private CommandManager cmdManager;
    
    void Update() {
        if(Input.GetMouseButtonDown(0)) {
            var ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
            if(Physics.Raycast(ray, out var hit)) {
                var cmd = new BuildCommand(builder, hit.point);
                cmdManager.ExecuteCommand(cmd);
            }
        }
        
        if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Z)) cmdManager.Undo();
        if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Y)) cmdManager.Redo();
    }
}
四、模式进阶技巧
1. 宏命令（组合命令）
csharp 复制代码 
public class MacroCommand : ICommand {
    private List<ICommand> _commands = new();
    
    public void Add(ICommand cmd) => _commands.Add(cmd);
    
    public void Execute() {
        foreach(var cmd in _commands) cmd.Execute();
    }
    
    public void Undo() {
        foreach(var cmd in _commands.AsEnumerable().Reverse()) {
            cmd.Undo();
        }
    }
}
2. 异步命令执行
csharp 复制代码 
public class AsyncMoveCommand : ICommand {
    public async Task ExecuteAsync() {
        await MoveCoroutine();
    }
    
    private IEnumerator MoveCoroutine() {
        // 移动动画协程
    }
}
3. 命令序列化
csharp 复制代码 
[System.Serializable]
public class SaveCommand : ICommand {
    public string SaveData;
    
    public void Execute() {
        PlayerPrefs.SetString("Save", SaveData);
    }
    
    public void Undo() {
        PlayerPrefs.DeleteKey("Save");
    }
}
五、游戏开发典型应用场景

  1. 输入映射系统

    csharp 复制代码 
    public class InputSystem {
    private Dictionary<KeyCode, ICommand> _keyBindings = new();
    
    public void Update() {
        foreach(var binding in _keyBindings) {
            if(Input.GetKeyDown(binding.Key)) {
                binding.Value.Execute();
            }
        }
    }
}

  2. AI行为队列

    csharp 复制代码 
    public class AICommander {
    private Queue<ICommand> _actionQueue = new();
    
    public void ScheduleAction(ICommand cmd) {
        _actionQueue.Enqueue(cmd);
    }
    
    void Update() {
        if(_actionQueue.Count > 0) {
            _actionQueue.Dequeue().Execute();
        }
    }
}

  3. 网络命令同步

    csharp 复制代码 
    public class NetworkCommand : ICommand {
    public void Execute() {
        if(PhotonNetwork.IsMasterClient) {
            photonView.RPC("RpcExecute", RpcTarget.All);
        }
    }
    
    [PunRPC]
    private void RpcExecute() {
        // 实际执行逻辑
    }
}

  4. 回放系统

    csharp 复制代码 
    public class ReplaySystem {
    private List<TimestampedCommand> _commandLog = new();
    
    public void Record(ICommand cmd) {
        _commandLog.Add(new TimestampedCommand(Time.time, cmd));
    }
    
    public void PlayReplay() {
        StartCoroutine(ReplayCommands());
    }
}
六、性能优化策略
策略 实现方式 适用场景
命令池 重用命令对象 高频命令创建
批量处理 合并相似命令 大量小操作
延迟执行 分帧处理命令队列 性能敏感场景
二进制序列化 优化存储空间 回放/存档系统
七、模式对比与选择
维度 命令模式 策略模式
目的 封装操作 替换算法
状态管理 支持撤销 无状态
执行时机 可延迟执行 立即执行
典型应用 输入处理 AI决策
八、最佳实践原则

  1. 接口最小化：保持命令接口简洁

  2. 不可变状态：命令参数应在构造时确定

  3. 原子操作：每个命令代表一个完整操作

  4. 安全撤销 ：确保Undo操作的幂等性

    csharp 复制代码 
    public void Undo() {
    if(_isUndone) return;
    // 撤销逻辑
    _isUndone = true;
}
九、常见问题解决方案

Q1：如何处理命令依赖？

→ 实现命令版本控制

csharp 复制代码 
public class VersionedCommand : ICommand {
    public int Version;
    public bool IsCompatibleWith(int currentVersion) {
        return Version <= currentVersion;
    }
}

Q2：如何优化大量命令存储？

→ 使用增量压缩

csharp 复制代码 
public class DeltaCommand : ICommand {
    private byte[] _deltaData;
    
    public void Compress(CommandState fullState) {
        // 计算差异并压缩
    }
}

Q3：如何处理网络延迟？

→ 实现预测回滚

csharp 复制代码 
public class PredictiveMoveCommand : ICommand {
    public void Execute() {
        _predictedPosition = CalculatePrediction();
        _serverPosition = NetworkSync();
        
        if(_predictedPosition != _serverPosition) {
            RollbackAndResync();
        }
    }
}

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