【行为型之迭代器模式】游戏开发实战——Unity高效集合遍历与场景管理的架构精髓

敲代码的 蜡笔小新2025-05-17 14:11

文章目录

🔄 迭代器模式（Iterator Pattern）深度解析

------以Unity实现高效集合遍历 与动态场景管理为核心案例

一、模式本质与核心价值

核心目标 ：

✅ 统一集合遍历接口 ，无需暴露内部数据结构

✅ 支持多种遍历方式 （顺序、逆序、过滤等）

✅ 解耦集合结构与遍历算法，提升代码扩展性

关键术语：

  • Iterator（迭代器接口）：定义遍历操作（Next、HasNext等）
  • ConcreteIterator（具体迭代器）：实现特定遍历逻辑
  • Aggregate（聚合接口）：定义创建迭代器的方法
  • ConcreteAggregate（具体聚合）：实现集合数据结构

数学表达 ：

设集合C有元素{e₁, e₂, ..., eₙ}，迭代器I满足：

I© → e₁ → e₂ → ... → eₙ

二、经典UML结构

creates <<interface>> IIterator +HasNext() : bool +Next() : object InventoryIterator -_items: Item[] -_index: int +HasNext() +Next() <<interface>> IAggregate +CreateIterator() : IIterator Inventory -_items: Item[] +CreateIterator()

三、Unity实战代码（背包系统遍历）
1. 定义迭代器与聚合接口
csharp 复制代码 
public interface IIterator<T> {
    bool HasNext();
    T Next();
    void Reset();
}

public interface IAggregate<T> {
    IIterator<T> CreateIterator();
    int Count { get; }
    T this[int index] { get; }
}
2. 实现具体聚合类（背包物品集合）
csharp 复制代码 
public class Inventory : IAggregate<Item> {
    private List<Item> _items = new();
    
    public void AddItem(Item item) => _items.Add(item);
    
    public IIterator<Item> CreateIterator() => new InventoryIterator(this);
    
    public int Count => _items.Count;
    
    public Item this[int index] => _items[index];
}
3. 实现具体迭代器
csharp 复制代码 
public class InventoryIterator : IIterator<Item> {
    private Inventory _inventory;
    private int _index;
    
    public InventoryIterator(Inventory inventory) {
        _inventory = inventory;
        _index = -1;
    }
    
    public bool HasNext() => _index < _inventory.Count - 1;
    
    public Item Next() => _inventory[++_index];
    
    public void Reset() => _index = -1;
}
4. 客户端使用
csharp 复制代码 
public class InventoryUI : MonoBehaviour {
    [SerializeField] private Inventory _inventory;
    
    void Update() {
        if(Input.GetKeyDown(KeyCode.I)) {
            StartCoroutine(DisplayItems());
        }
    }
    
    private IEnumerator DisplayItems() {
        var iterator = _inventory.CreateIterator();
        while(iterator.HasNext()) {
            Item item = iterator.Next();
            Debug.Log($"物品：{item.Name}");
            yield return null; // 分帧显示避免卡顿
        }
    }
}
四、模式进阶技巧
1. 过滤迭代器（按类型遍历）
csharp 复制代码 
public class WeaponIterator : IIterator<Item> {
    private IIterator<Item> _baseIterator;
    
    public WeaponIterator(Inventory inventory) {
        _baseIterator = inventory.CreateIterator();
    }
    
    public bool HasNext() {
        while(_baseIterator.HasNext()) {
            if(_baseIterator.Next() is Weapon) {
                _baseIterator.ResetToPrevious();
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    
    public Item Next() => _baseIterator.Next();
}
2. 协程分帧遍历
csharp 复制代码 
public static class IteratorExtensions {
    public static IEnumerator CoIterate<T>(this IIterator<T> iterator, Action<T> action) {
        while(iterator.HasNext()) {
            action(iterator.Next());
            yield return null; // 每帧处理一个元素
        }
    }
}

// 使用示例
StartCoroutine(_inventory.CreateIterator().CoIterate(item => {
    // 处理每个物品
}));
3. 双向迭代器
csharp 复制代码 
public interface IBidirectionalIterator<T> : IIterator<T> {
    bool HasPrevious();
    T Previous();
}

public class InventoryBidirectionalIterator : IBidirectionalIterator<Item> {
    // 实现前后遍历逻辑
}
五、游戏开发典型应用场景

  1. 场景对象管理

    csharp 复制代码 
    public class SceneObjectManager : IAggregate<GameObject> {
    private List<GameObject> _objects = new();
    
    public IIterator<GameObject> CreateIterator() => new SceneObjectIterator(this);
}

  2. 技能效果链

    csharp 复制代码 
    public class SkillEffectChain : IAggregate<IEffect> {
    public IIterator<IEffect> CreateReverseIterator() {
        return new ReverseEffectIterator(this);
    }
}

  3. AI决策评估

    csharp 复制代码 
    public class AIEvaluator {
    public void EvaluateAll(IIterator<AICondition> conditions) {
        while(conditions.HasNext()) {
            var condition = conditions.Next();
            condition.Evaluate();
        }
    }
}

  4. 动态生成系统

    csharp 复制代码 
    public class WorldGenerator {
    public void GenerateChunks(IIterator<Vector3> positionIterator) {
        while(positionIterator.HasNext()) {
            GenerateChunkAt(positionIterator.Next());
        }
    }
}
六、性能优化策略
策略 实现方式 适用场景
批处理迭代 每次处理多个元素 大规模数据集
缓存迭代器 复用迭代器实例 频繁遍历操作
惰性求值 需要时再计算元素 复杂对象集合
空间分区 结合四叉树/八叉树 3D场景遍历
七、模式对比与选择
维度 迭代器模式 访问者模式
关注点 遍历机制 数据操作
扩展性 新增迭代方式 新增操作类型
数据结构耦合 低耦合 需要接受访问者接口
典型场景 集合遍历 复杂数据结构操作
八、最佳实践原则

  1. 单一职责原则：迭代器只关注遍历逻辑

  2. 不可变快照 ：在迭代过程中防止集合修改

    csharp 复制代码 
    public class SnapshotIterator<T> : IIterator<T> {
    private readonly T[] _snapshot;
    // 基于快照的迭代实现...
}

  3. 异常处理 ：处理边界条件

    csharp 复制代码 
    public T Next() {
    if(!HasNext()) throw new InvalidOperationException("No more elements");
    // ...
}

  4. 资源释放 ：实现IDisposable接口

    csharp 复制代码 
    public class FileLineIterator : IIterator<string>, IDisposable {
    private StreamReader _reader;
    public void Dispose() => _reader?.Dispose();
}
九、常见问题解决方案

Q1：如何避免遍历时集合被修改？

→ 使用读写锁 或副本迭代

csharp 复制代码 
public class ThreadSafeIterator<T> : IIterator<T> {
    private ReaderWriterLockSlim _lock;
    // 在Next/HasNext中加读锁...
}

Q2：如何实现复杂条件过滤？

→ 使用组合过滤器

csharp 复制代码 
public class CompositeFilterIterator<T> : IIterator<T> {
    private List<Predicate<T>> _filters = new();
    
    public void AddFilter(Predicate<T> filter) {
        _filters.Add(filter);
    }
    
    public bool HasNext() {
        while(_baseIterator.HasNext()) {
            var item = _baseIterator.Peek();
            if(_filters.All(f => f(item))) return true;
            _baseIterator.Next();
        }
        return false;
    }
}

Q3：如何优化大型场景遍历性能？

→ 实现空间分区迭代器

csharp 复制代码 
public class QuadTreeIterator : IIterator<GameObject> {
    private QuadTree _quadTree;
    private List<QuadTreeNode> _nodeStack = new();
    
    public bool HasNext() {
        while(_nodeStack.Count > 0) {
            var current = _nodeStack.Last();
            if(current.HasChildren) {
                // 处理子节点...
            } else {
                return current.Objects.Count > 0;
            }
        }
        return false;
    }
}

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