Паттерны программирования для игровых разработчиков: Порождающие паттерны

Разработка игр — это сложный и многогранный процесс, включающий в себя множество аспектов, от художественного дизайна до программной реализации. Одной из ключевых задач для нас, как разработчиков, является создание гибкой и расширяемой архитектуры, способной поддерживать сложные игровые механики и обрабатывать изменения в требованиях без существенных затрат. В этом контексте важную роль играют паттерны проектирования. Они предоставляют проверенные решения для создания объектов и управления их жизненным циклом, что значительно упрощает кодирование, улучшает производительность и облегчает поддержку игры на всех этапах её разработки.

Однако, несмотря на доступность этих инструментов, многие новички сталкиваются с проблемами производительности из-за плохо написанного кода. Неправильная организация архитектуры игры, чрезмерное использование ресурсов и отсутствие оптимизации приводят к возникновению "узких мест", которые негативно влияют на работу игры. Именно поэтому освоение паттернов проектирования так важно: они помогают избежать типичных ошибок, обеспечивая структурированный и эффективный подход к разработке. Используя эти паттерны, можно не только повысить качество и стабильность игры, но и предотвратить проблемы с производительностью, которые могут возникнуть из-за неоптимизированного или излишне сложного кода.

В данной статье мы поверхностно рассмотрим, какие существуют порождающие паттерны, как эти паттерны применяются в игровой индустрии, а также их влияние на оптимизацию и качество кода.

Паттерн Prototype — это порождающий паттерн проектирования, который позволяет создавать новые объекты путем копирования уже существующих.

Этот паттерн полезен в тех случаях, когда создание объектов "с нуля" может быть сложным или ресурсозатратным, а также когда требуется
создавать множество похожих объектов с небольшими изменениями.

Паттерн Prototype предполагает, что у вас есть базовый объект (прототип), который содержит всю необходимую структуру и логику.

Когда нужно создать новый объект, вы просто копируете прототип и при необходимости вносите в копию изменения.

Это упрощает и ускоряет процесс создания объектов, особенно если они сложные или содержат большое количество настроек

Предположим, вы разрабатываете игру в Unity с разными типами противников, каждый из которых имеет свои параметры (здоровье, скорость, атака). Вместо того чтобы каждый раз настраивать параметры с нуля, можно создать несколько прототипов противника и затем клонировать их при необходимости.

Код: github.com/

• Производительность:

Копирование существующего объекта может быть быстрее, чем создание нового объекта с нуля, особенно если объект сложный.

• Гибкость:

Легко создавать различные вариации объектов, изменяя только те параметры, которые необходимы.

• Упрощение кода:

Снижается количество дублирующегося кода, так как вы работаете с готовыми прототипами.

Паттерн Factory Method — это порождающий паттерн проектирования, который позволяет создавать объекты без необходимости указывать конкретный класс. Вместо этого объект создается с использованием метода, который можно переопределить в подклассах для изменения типа создаваемого объекта.

Суть паттерна заключается в том, чтобы делегировать создание объектов специальным методам, называемым фабричными методами.

Вместо того, чтобы использовать конструкторы классов напрямую, вы вызываете фабричный метод, который решает, какой именно объект создать.

Это делает код более гибким и расширяемым, поскольку добавление новых типов объектов не требует изменения существующего кода.

Рассмотрим пример, когда у вас в игре есть разные типы врагов (например, орки и тролли).

В зависимости от уровня сложности или условий игры, вам нужно создавать врагов разного типа.

Код: github.com

• Гибкость:

Легко добавлять новые типы объектов, просто создавая новые фабрики, не изменяя существующий код.

• Расширяемость:

Можно переопределять фабричные методы в подклассах для создания различных объектов.

• Разделение обязанностей:

Класс, использующий объекты, не знает, как они создаются. Это делает код чище и легче для сопровождения.

Паттерн Abstract Factory — это порождающий паттерн проектирования, который предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных объектов без необходимости указывать их конкретные классы. Этот паттерн особенно полезен, когда система должна работать с несколькими наборами объектов, которые могут быть взаимозаменяемыми

Abstract Factory позволяет создавать объекты, принадлежащие разным семействам (например, различные типы врагов, оружия или элементов интерфейса), не привязываясь к конкретным классам этих объектов. Вместо этого система работает с интерфейсами или абстрактными классами, которые реализуются конкретными фабриками. Это делает код более гибким и позволяет легко переключаться между различными конфигурациями объектов.

Представим, что вы разрабатываете игру, где могут быть разные типы миров (например, «Ледяной мир» и «Огненный мир»). В каждом мире могут быть свои враги и предметы. Abstract Factory помогает организовать создание таких семейств объектов.

Код примера: github.com

• Гибкость и расширяемость:

Легко добавлять новые типы миров или семейств объектов, создавая новые фабрики, без изменения существующего кода.

• Инкапсуляция создания объектов:

Клиентский код не знает, какие конкретные классы используются, что делает систему более устойчивой к изменениям.

• Легкость смены конфигурации:

Можно легко переключаться между различными семействами объектов, изменяя фабрику.

Паттерн Singleton — это порождающий паттерн проектирования, который гарантирует, что в приложении будет существовать только один экземпляр определенного класса, и предоставляет глобальную точку доступа к этому экземпляру. Singleton часто используется для управления ресурсами, настройками или состоянием игры, которые должны быть уникальными и доступными из любой части программы.

Суть паттерна Singleton в том, что класс контролирует создание своих экземпляров и не допускает существования более одного объекта этого класса.
Это достигается с помощью специального метода, который создает и возвращает единственный экземпляр класса, если он еще не создан.

В Unity паттерн Singleton часто используется для управления такими объектами, как игровое состояние, аудиосистема, менеджер уровня или
другие системы, которые должны существовать в единственном экземпляре на протяжении всей игры.

Код примера: github.com

• Единый доступ к данным:

Singleton обеспечивает глобальную точку доступа к объекту, что упрощает взаимодействие между различными частями программы.

• Контроль над созданием объектов:

Гарантируется, что класс будет иметь только один экземпляр, что особенно важно для управления ресурсами или состоянием игры.

• Устойчивость к изменениям сцены:

В Unity объекты Singleton могут сохраняться при переходе между сценами, если используется DontDestroyOnLoad.

• Осторожность при использовании:

Хотя Singleton удобен, его чрезмерное использование может привести к сильной связанности кода и затруднить тестирование.

• Потенциальные проблемы с многопоточностью:

Если ваш код работает в многопоточной среде, необходимо убедиться, что Singleton правильно реализован с учетом потокобезопасности.


В данной статье мы рассмотрели 4 типа порождающих паттернов: Singleton для контроля создания единственного экземпляра класса, Factory Method для инкапсуляции логики создания объектов, Abstract Factory для создания семейств связанных объектов и Prototype для клонирования существующих экземпляров. Эти паттерны позволяют создавать объекты с минимальными затратами на изменение кода, обеспечивая высокую степень повторного использования и упрощая управление сложностью системы.

Правильное применение порождающих паттернов способствует не только улучшению структуры кода, но и повышению его качества, снижению ошибок и упрощению поддержки в будущем. Понимание и умелое использование этих паттернов являются важными навыками для любого разработчика, стремящегося к созданию надежных и масштабируемых решений.

Наша команда уже более пяти лет занимается реализацией проектов на Java и усилением команд по направлениям

• DevOps;
• Java разработка;
• Тестирование.

За время существования компании, мы принимали участие в работе над более чем 100 проектами различного объема и длительности.

Если перед вами стоят вызовы, для достижения которых вам может понадобится наша экспертиза, просто напишите нам,

• client@softwarecats.dev,
• https://t.me/alex_zarubin,
• или через любую форму на сайте.

Мы договоримся с вами об онлайн-встрече, чтобы подробнее обсудить ваш проект и вашу проблему.