如果人生也能存檔——C#中的備忘錄模式

大家好，老胡又和大家見面了。首先承認今天的博客有點標題黨了，人生是沒有存檔，也沒有後悔藥的。有存檔和後悔藥的，那是遊戲，不知道這是不是遊戲讓人格外放鬆的原因之一。

今天恰逢端午放假，就讓我們來試着做一個小遊戲吧，順帶看看備忘錄模式是如何在這種情況下面工作的。

遊戲背景

這是一個簡單的打怪遊戲，有玩家，有怪獸，玩家作爲主角光環，有如下三個特殊能力

• 攻擊怪獸有暴擊機率
• 有機率迴避怪獸攻擊
• 可以自己治療一定生命值

遊戲實現

角色類

角色基類

首先是角色類，角色類提供玩家和怪獸最基本的抽象，比如血量、攻擊力、攻擊和治療。（對於怪獸來說，治療是沒有提供實現的，壞人肯定不能再治療了）

class Character
{
    public int HealthPoint { get; set; }
    public int AttackPoint { get; set; }        

    public virtual void AttackChracter(Character opponent)
    {
        opponent.HealthPoint -= this.AttackPoint;
        if (opponent.HealthPoint < 0)
        {
            opponent.HealthPoint = 0;
        }
    }

    public virtual void Cure()
    {
		//故意留空給子類實現
    }
}

玩家類

玩家實現了治療功能並且有暴擊機率。

class Player : Character
{
    private float playerCriticalPossible;
    public Player(float critical)
    {
        playerCriticalPossible = critical;
    }

    public override void AttackChracter(Character opponent)
    {
        base.AttackChracter(opponent);
        Console.WriteLine("Player Attacked Monster");

        Random r = new Random();
        bool critical = r.Next(0, 100) < playerCriticalPossible * 100;
        if (critical)
        {
            base.AttackChracter(opponent);
            Console.WriteLine("Player Attacked Monster again");
        }
    }

    public override void Cure()
    {
        Random r = new Random();
        HealthPoint += r.Next(5, 10);
        Console.WriteLine("Player cured himself");
    }
}

怪獸類

怪獸沒有治療能力但是有一定的機率丟失攻擊目標。

class Monster : Character
{
    private float monsterMissingPossible;
    public Monster(float missing)
    {
        monsterMissingPossible = missing;
    }

    public override void AttackChracter(Character opponent)
    {
        Random r = new Random();
        bool missing = r.Next(0, 100) < monsterMissingPossible * 100;
        if (missing)
        {
            Console.WriteLine("Monster missed it");
        }
        else
        {
            base.AttackChracter(opponent);
            Console.WriteLine("Monster Attacked player");
        }
    }
}

遊戲類

遊戲類負責實例化玩家和怪獸、記錄回合數、判斷遊戲是否結束，暴露可調用的公共方法給遊戲操作類。

class Game
{
    private Character m_player;
    private Character m_monster;
    private int m_round;
    private float playerCriticalPossible = 0.6f;
    private float monsterMissingPossible = 0.2f;
    
    public Game()
    {
        m_player = new Player(playerCriticalPossible)
        {
            HealthPoint = 15,
            AttackPoint = 2
        };
        m_monster = new Monster(monsterMissingPossible)
        {
            HealthPoint = 20,
            AttackPoint = 6
        };
    }

    public bool IsGameOver => m_monster.HealthPoint == 0 || m_player.HealthPoint == 0;

    public void AttackMonster()
    {            
        m_player.AttackChracter(m_monster);
    }

    public void AttackPlayer()
    {
        m_monster.AttackChracter(m_player);
    }

    public void CurePlayer()
    {
        m_player.Cure();
    }

    public void BeginNewRound()
    {
        m_round++;
    }

    public void ShowGameState()
    {
        Console.WriteLine("".PadLeft(20, '-'));
        Console.WriteLine("Round:{0}", m_round);
        Console.WriteLine("player health:{0}", "".PadLeft(m_player.HealthPoint, '*'));
        Console.WriteLine("monster health:{0}", "".PadLeft(m_monster.HealthPoint, '*'));
    }
}

遊戲操作類

在我們這個簡易遊戲中，沒有UI代碼，遊戲操作類負責在用戶輸入和遊戲中搭建一個橋樑，解釋用戶的輸入。

class GameRunner
{
    private Game m_game;
    public GameRunner(Game game)
    {
        m_game = game;
    }

    public void Run()
    {
        while (!m_game.IsGameOver)
        {
            m_game.BeginNewRound();
            bool validSelection = false;
            while (!validSelection)
            {
            	m_game.ShowGameState();
                Console.WriteLine("Make your choice: 1. attack 2. Cure");
                var str = Console.ReadLine();
                if (str.Length != 1)
                {
                    continue;
                }
                switch (str[0])
                {
                    case '1':
                        {
                            validSelection = true;
                            m_game.AttackMonster();
                            break;
                        }
                    case '2':
                        {
                            validSelection = true;
                            m_game.CurePlayer();
                            break;
                        }
                    default:
                        break;
                }
            }
            if(!m_game.IsGameOver)
            {
                m_game.AttackPlayer();
            }
        }            
    }
}

客戶端

客戶端的代碼就非常簡單了，只需要實例化一個遊戲操作類，然後讓其運行就可以了。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Game game = new Game();
        GameRunner runner = new GameRunner(game);
        runner.Run();
    }
}

試着運行一下，

看起來一切都好。

 

加上存檔

雖然遊戲可以正常運行，但是總感覺還是少了點什麼。嗯，存檔功能，一個遊戲沒有存檔是不健全的，畢竟，人生雖然沒有存檔，但是遊戲可是有的！讓我們加上存檔功能吧，首先想想怎麼設計。
 

需要存檔的數據

首先我們要明確，有哪些數據是需要存檔的，在這個遊戲中，玩家的生命值、攻擊力、暴擊率；怪獸的生命值、攻擊力和丟失率，遊戲的回合數，都是需要存儲的對象。
 

存檔定義

這是一個需要仔細思考的地方，一般來說，需要考慮以下幾個地方：

• 存檔需要訪問一些遊戲中的私有字段，比如暴擊率，需要在不破壞遊戲封裝的情況下實現這個功能
• 存檔自身需要實現信息隱藏，即除了遊戲，其他類不應該訪問存檔的詳細信息
• 存檔不應該和遊戲存放在一起，以防不經意間遊戲破壞了存檔數據，應該有專門的類存放存檔

 

備忘錄模式出場

這個時候應該是主角出場的時候了。看看備忘錄模式的定義

在不破壞封閉的前提下，捕獲一個對象的內部狀態，並在該對象之外保存這個狀態。這樣以後就可將該對象恢復到原先保存的狀態

再看看UML，

看起來完全符合我們的需求啊，Originator就是遊戲類，知道如何創造存檔和從存檔中恢復狀態，Memento類就是存檔類，Caretaker是一個新類，負責保存存檔。

經過思考，我們決定採取備忘錄模式，同時加入以下措施：

• 將存檔定義爲遊戲中的私有嵌套類，這樣存檔可以毫無壓力的訪問遊戲中的私有字段，同時外界永遠沒有辦法去實例化或者嘗試通過轉型來獲得這個類，完美的保護了存檔類
• 存檔類是一個簡單的數據集合，不包含任何其他邏輯
• 添加一個存檔管理器，可以放在遊戲操作類中，可以通過它看到我們當前有沒有存檔
• 存檔放在存檔管理器中
• 存檔實現一個空接口，在存檔管理器中以空接口形式出現，這樣外部類在訪問存檔的時候，僅能看到這個空接口。而在遊戲類內部，我們在使用存檔之前先通過向下轉型實現類型轉換（是的，向下轉型不怎麼好，但是偶爾可以用一下）

代碼實現

空接口

interface IGameSave
{

}

私有嵌套存檔類

該類存放在game裏面，無壓力地在不破壞封裝的情況下訪問game私有字段

private class GameSave : IGameSave
{
    public int PlayerHealth { get; set; }
    public int PlayerAttack { get; set; }
    public float PlayerCritialAttackPossible { get; set; }
    public int MonsterHealth { get; set; }
    public int MonsterAttack { get; set; }
    public float MonsterMissingPossible { get; set; }
    public int GameRound { get; set; }
}

創建存檔和從存檔恢復

在game中添加創建存檔和從存檔恢復的代碼，在從存檔恢復的時候，使用了向下轉型，因爲從存檔管理器讀出來的只是空接口而已

public IGameSave CreateSave()
{
    var save = new GameSave()
    {
        PlayerHealth = m_player.HealthPoint,
        PlayerAttack = m_player.AttackPoint,
        PlayerCritialAttackPossible = playerCriticalPossible,
        MonsterAttack = m_monster.AttackPoint,
        MonsterHealth = m_monster.HealthPoint,
        MonsterMissingPossible = monsterMissingPossible,
        GameRound = m_round
    };
    Console.WriteLine("game saved");
    return save;
}

public void RestoreFromGameSave(IGameSave gamesave)
{
    GameSave save = gamesave as GameSave;
    if(save != null)
    {
        m_player = new Player(save.PlayerCritialAttackPossible) { HealthPoint = save.PlayerHealth, AttackPoint = save.PlayerAttack };
        m_monster = new Player(save.MonsterMissingPossible) { HealthPoint = save.MonsterHealth, AttackPoint = save.MonsterAttack };
        m_round = save.GameRound;
    }
    Console.WriteLine("game restored");
}	

存檔管理器類

添加一個類專門管理存檔，此類非常簡單，只有一個存檔，要支持多存檔可以考慮使用List

    class GameSaveStore
    {
        public IGameSave GameSave { get; set; }
    }

在遊戲操作類添加玩家選項

首先在遊戲操作類中添加一個存檔管理器

private GameSaveStore m_gameSaveStore = new GameSaveStore();

接着修改Run方法添加用戶操作

public void Run()
{
    while (!m_game.IsGameOver)
    {
        m_game.BeginNewRound();
        bool validSelection = false;
        while (!validSelection)
        {
            m_game.ShowGameState();
            Console.WriteLine("Make your choice: 1. attack 2. Cure 3. Save 4. Load");
            var str = Console.ReadLine();
            if (str.Length != 1)
            {
                continue;
            }
            switch (str[0])
            {
                case '1':
                    {
                        validSelection = true;
                        m_game.AttackMonster();
                        break;
                    }
                case '2':
                    {
                        validSelection = true;
                        m_game.CurePlayer();
                        break;
                    }
                case '3':
                    {
                        validSelection = false;
                        m_gameSaveStore.GameSave = m_game.CreateSave();
                        break;
                    }
                case '4':
                    {
                        validSelection = false;
                        if(m_gameSaveStore.GameSave == null)
                        {
                            Console.WriteLine("no save to load");
                        }
                        else
                        {
                            m_game.RestoreFromGameSave(m_gameSaveStore.GameSave);
                        }
                        break;
                    }
                default:
                    break;
            }
        }
        if(!m_game.IsGameOver)
        {
            m_game.AttackPlayer();
        }
    }            
}

注意，上面的3和4是新添加的存檔相關的操作。試着運行一下。

看起來一切正常，這樣我們就使用備忘錄模式，完成了存檔讀檔的功能。

 

結語

這就是備忘錄模式的使用，如果大家以後遇到這種場景

• 想要保存狀態，又不想破壞封裝
• 需要把狀態保存到其他地方

那麼就可以考慮使用這個模式。

遊戲有存檔，人生沒存檔，願我們把握當下，天天努力。
祝大家端午安康，下次見。