个人技术总结——动作队列：基于命令队列进行迸发输入处理、动画协调和命令插队

222100436魏文铮 2024-06-02 21:06:21
这个作业属于哪个课程https://bbs.csdn.net/forums/ssynkqtd_06
这个作业要求在哪里https://bbs.csdn.net/topics/618785000
这个作业的目标进行项目开发的个人技术总结
其他参考文献《构建之法》、http://www.gamecolg.com/design_m_onvideo_m_inkey_m_gtb1691541250001.html

目录

  • 技术概述
  • 技术详述
  • 实现
  • 流程图
  • 实现代码（C#）
  • 使用示例
  • 技术使用中遇到的问题和解决过程
  • 何时使用AddLast，何时使用CutInBefore？
  • 总结
  • 参考

技术概述

通常需要支持用户能够在短时间内输入若干命令；命令的执行逻辑会存在一定时间的动画，动画执行期间，用户是可以输入更多命令的，后面的命令需要在前面命令动画处理完后执行；绝大多数情况下会产生需要插队的命令。

技术详述

实现

将命令看作一个个 元素（Element） ，用一个 动作队列（ActionSequence） 作为若干元素的容器。

因为要支持元素的高效插入和删除，所以对于动作队列，本质上是使用了一个双向链表（LinkedList）作为存储元素的容器。

类图如下：

下面对类图中各个成分进行说明：

  • ActionSequence：动作队列

    • elements：动作队列所存储的元素

    • isDone：当前元素是否已经完成？

    • curNode：当前正在执行的元素的结点。记录这个字段是为了便于插入元素。

    • AddLast(Element)：在动作队列末尾追加指定元素。

    • AddFirst(Element)：在动作队列头部插入指定元素

    • CutInBefore(Element)：在动作队列当前的元素前插入一个指定元素。因为我们用curNode`记录了当前正在执行的元素，所以可以插入。

    • CutInAfter(Element)：在动作队列当前的元素之后插入一个指定元素。与CutInBefore同理。

    • CallNext()：通知下一个元素执行。如果当前元素还未完成，即、isDone为false，则该函数没有效果。

  • Element: 动作元素

    • sequence：这个动作元素所在的动作队列。

    • OnCalled()：动作的相应逻辑。由子类重写。当ActionSequence 的 CallNext 函数被调用时，并且当前元素已经执行完毕、这个元素是下一个元素时，该函数会被调用。

    • SetDone()： 首先会将sequence的isDone 设置为true，然后调用 sequence 的 CallNext 函数。也就是说，这个函数的功能就是设置这个元素已经执行完了，要通知下一个元素执行。元素必须显示调用这个函数，表示其执行完毕，否则动作队列会一直处于“阻塞”的状态。

关于为什么需要 CutInBefore 这个函数，原因是元素可能会产生“子元素”，这个子元素按理来说不能追加到队尾。想象一下函数调用过程，一个函数（外部函数）内部调用了另一个函数（内部函数），因此这个内部函数必须是先于外部函数后的函数执行的；同样，子元素（内部函数）应该要插入到当前元素（外部函数）之前，达到先于当前元素后的元素（外部函数后的函数）执行的目的。事实上，CutInBefore 这个函数被非常频繁地使用。

一般一场游戏只需要一个动作队列，因此我将 ActionSequence 设计为单例类，可以全局访问，或者也可以选择创建多个动作队列对象。

流程图

下面流程图展示了 CallNext 函数的代码逻辑：

实现代码（C#）

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 动作队列
/// </summary>
public class ActionSequence : Singleton<ActionSequence>
{
    /// <summary>
    /// 动作元素队列
    /// </summary>
    private LinkedList<Element> _elements = new();

    /// <summary>
    /// 当前元素是否已完成
    /// </summary>
    internal bool i_isDone = true;

    /// <summary>
    /// 当前正在执行的动作元素
    /// </summary>
    private LinkedListNode<Element> _curNode;

    internal LinkedList<Element> i_elements => _elements;

    /// <summary>
    /// 队尾追加一个动作
    /// </summary>
    /// <param name="element"></param>
    public void AddLast(Element element)
    {
        if (element == null)
            return;

        element.i_sequence = this;
        _elements.AddLast(element);
    }

    /// <summary>
    /// 队头插入一个动作
    /// </summary>
    /// <param name="element"></param>
    public void AddFirst(Element element)
    {
        if (element == null)
            return;

        element.i_sequence = this;
        _elements.AddFirst(element);
    }

    /// <summary>
    /// 执行下一个动作
    /// </summary>
    public void CallNext()
    {
        if (!i_isDone) // 没有完成，返回
            return;

        if (_elements.Count == 0)
            return;

        if (_curNode != null)
            _elements.Remove(_curNode);

        if (_elements.Count == 0) // 如果没有元素
        {
            i_isDone = true;
            _curNode = null;
        }
        else // 如果还有元素
        {
            i_isDone = false;
            _curNode = _elements.First;
            _curNode.Value.OnCalled();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 在当前动作前插入动作
    /// </summary>
    /// <param name="element"></param>
    public void CutInBefore(Element element)
    {
        element.i_sequence = this;
        if (_curNode == null)
        {
            _elements.AddLast(element);
        }
        else
        {
            _elements.AddBefore(_curNode, element);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 在当前动作之后插入动作
    /// </summary>
    /// <param name="element"></param>
    public void CutInAfter(Element element)
    {
        element.i_sequence = this;
        if (_curNode == null)
        {
            _elements.AddFirst(element);
        }
        else
        {
            _elements.AddAfter(_curNode, element);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 清除所有动作
    /// </summary>
    public void Clear()
    {
        _elements.Clear();
        i_isDone = true;
        _curNode = null;
    }
}

/// <summary>
/// 动作队列的元素
/// </summary>
public class Element
{
    /// <summary>
    /// 这个动作元素所在的动作队列
    /// </summary>
    internal ActionSequence i_sequence;

    /// <summary>
    /// 被呼叫时触发。代码体内一定要调用SetDone，否则动作队列会阻塞。
    /// </summary>
    public virtual void OnCalled() { }

    /// <summary>
    /// 设置为已完成
    /// </summary>
    public void SetDone()
    {
        i_sequence.i_isDone = true;
        i_sequence.CallNext();
    }
}

使用示例

以我的Unity项目——遗忘之海作为使用示例。在这个示例中，要实现的功能描述如下：

在战斗场景，处于玩家回合下，玩家可以进行“闪念”和“结束回合”两个操作。

闪念：丢弃所有手牌，然后抽5张牌。

结束回合：（一般情况下）丢弃所有手牌，然后顺序执行以下逻辑：丢弃所有手牌，显示“敌人回合”提示，敌人依次执行意图，显示“玩家回合”提示，进入玩家回合。

图中红色圈出部分是玩家可以点击的对应按钮。

现在，玩家连续快速依次点击“闪念”和“结束回合”两个按钮。

动作队列的运作图如下，这个运作图描述了这个过程中，动作队列的元素链表内容和 curNode 所指向的元素的变化过程：

  • 内容为0.5f的元素表示停顿0.5秒后完成的元素，也就是说，它是用于“暂时阻塞队列运作”的元素。在这个阻塞期间，可以向动作队列中加入新的元素。

  • 注意图中第3和第4行，“抽5张牌”元素的逻辑是调用CutInBefore函数在动作队列当前元素（“抽5张牌”元素本身）之前连续插入5个“抽牌”元素。执行完毕后，接下来执行队头元素，进入到图中第5行的格局。

  • 动作队列遵循总是从队头取下一个元素的原则。

  • 当动作队列的全部元素执行完毕，“闪念”和“结束回合”这两个逻辑就正确地、有序地处理完毕了。可以看出，元素还会产生新元素，并且有时候需要将新元素利用CutInBefore进行插队（这种元素也就是子元素）。

技术使用中遇到的问题和解决过程

何时使用AddLast，何时使用CutInBefore？

当要实现某个大的流程时，应该使用 AddLast 定义整个框架；而在每个小步骤中，使用 CutInBefore 更为合适，它相当于在大框架中间插入了一些小动作。

例如，玩家回合到敌人回合被定义为一个大框架；而敌人回合这个小步骤中，敌人要攻击玩家，要给玩家塞入手牌等等，这些动作步骤都会有动画过程，因此需要使用 CutInBefore 嵌入到大框架之中，保证框架的执行流程有序。

以下是项目代码示例（C#）：

大框架：

/// <summary>
/// 进入敌人回合
/// </summary>
public void EnterEnemyTurn()
{
    ActionSequence.Instance.AddLast(new CallbackElement((e) =>
    {
        StateTipPanelHelper.Show("敌人回合", e.SetDone); // 显示“敌人回合”
    }));

    ActionSequence.Instance.AddLast(new CallbackElement((e) =>
    {
        enemyComp.CallDefComp();
        enemyComp.CallAllEnemies(); // 通知敌人行动
        e.SetDone();
    }));

    ActionSequence.Instance.AddLast(new CallbackElement((e) =>
    {
        StateTipPanelHelper.Show("你的回合", e.SetDone);  // 显示“你的回合”
    }));

    ActionSequence.Instance.AddLast(new CallbackElement((e) =>
    {
        EnterPlayerTurn(); // 进入玩家回合
        e.SetDone();
    }));

    ActionSequence.Instance.CallNext();
}

当然，其中的每个动作元素可能都会有自己的子元素，比如 CallAllEnemy 中，调用了以下函数：

/// <summary>
/// 提交一个敌人的行动命令
/// </summary>
/// <param name="enemy"></param>
public void CallEnemy(Enemy enemy)
{
    ActionSequence.Instance.CutInBefore(new CallbackElement((e) =>
    {
        ViewManager.Instance.DoFx(new FX.DoBehaviorFx(enemy.EnemyAgentComp.enemyAgent.gameObject, false));
        enemy.intentionComp.ExecuteIntention();
        e.SetDone();
    }));
    ActionSequence.Instance.CutInBefore(new BlankElement(1f));
    ActionSequence.Instance.CallNext();
}

这个函数利用 CutInBefore 生成了大框架中第二个元素的子元素。

基于上述经验，大多情况下就能解决何时使用AddLast，何时使用CutInBefore的问题了。

总结

  1. 动作队列的作用是进行迸发输入处理、动画协调和命令插队。

  2. 元素代表一个个具体命令，动作队列是元素的容器。有4种方式向动作队列中插入元素：AddLast、AddFirst、CutInBefore和CutInAfter。

  3. 通过继承Element类，定义具体的元素类，并重写OnCalled函数，表示一个具体的命令。元素必须显示地调用其SetDone函数，以表示其执行完毕，并执行动作队列地下一个元素。

  4. AddLast和CutInBefore之间选择非常重要。当要实现某个大的流程时，应该使用 AddLast 定义整个框架；而在每个小步骤中，使用 CutInBefore 更为合适，它相当于在大框架中间插入了一些小动作。

参考

在这个框架开发完毕的后来，我学习了知名Unity插件DoTween，发现我们许多设计思想不谋而合，例如Sequence，并且DoTween有许多值得学习的地方：https://dotween.demigiant.com/

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