Unity的C#编程教程_54_静态类型 Static Types 详解及应用练习

2020 年 10 月 6 日
AI
C/C++/C#

C# Static Types
1.Working with Static Types
2.Practical Example of Working with Static Types
Instance Members vs Static Members
Utility Helper Classes
Challenge: Random Color Helper
Initializing Static Members with a Static Constructor

C# Static Types

1.Working with Static Types

所谓的 static type，使用的是 static 关键字
- 比如可以有 static class，static method，或者 static variable
- static type 存在于栈 stuck 中（内存），生命周期与程序运行一致
任务说明：
- 我们设计一个程序用于接收信息，比如一堆数字，然后用程序加总
- 假设每次按下空格键加 10

传统的做法是首先新建一个 Score 的类，用于存放累加后的结果：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Score : MonoBehaviour
{

    public int num;

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}

这个脚本可以挂载到一个游戏对象 Score 上面

然后再用一个脚本进行累加操作：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class StaticTest : MonoBehaviour
{

    public Score score; // 实例化一个 Score 的类

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        score = GameObject.Find("Score").GetComponent<Score>(); // 初始化
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            score.num += 10; // 对于类下面的 num 变量加 10
        }
    }
}

这个脚本也挂载到一个游戏对象下面，运行游戏后，按下空格键就可以看到 Score 里面的 Num 每次会加 10

然后我们尝试把 Score 类下面的 num 变量改为 static：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Score : MonoBehaviour
{

    public static int num;

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}

计数程序就要做对应修改：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class StaticTest : MonoBehaviour
{

    // public Score score; // 不再需要实例化

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        //score = GameObject.Find("Score").GetComponent<Score>(); // 也不需要初始化
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            //score.num += 10;
            Score.num += 10; // 直接对于类下面的 num 变量加 10
            Debug.Log(Score.num); // Inspector 中无法显示，需要通过 debug 进行显示
        }
    }
}

静态变量直接存储在内存中，无需通过类的实例化来分配内存，所以可以直接对其进行操作。

Static 的东西没有办法直接在 unity 的 inspector 中看到，所以可以通过 debug 的方式查看数值变化。

在运行大型项目的时候，由于静态数据会占据内存，需要额外关注。

不仅仅是变量可以 static，类和方法也可以是 static 的。

当你使用 static class 的时候，这个类无法继承别的父类，所以自然 static class 无法继承 MonoBehaviour。

2.Practical Example of Working with Static Types

实际运用 static type
创建一个 enemy spawn manager
- 显示 enemy 的数量，使用 UI 展现数字
- 使用 cube 代表 enemy，设定为 prefab

首先创建一个 cube，命名为 Emeny，然后拖拽到 assets 中作为 prefab，原窗口中的 Enemy 可以删除，然后创建脚本 SpawnManager：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class SpawnManager : MonoBehaviour
{
    public GameObject enemyPrefab;
    public static int enemyCount; // 这里使用静态变量

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            Instantiate(enemyPrefab); // 每次按下空格键生成 enemy
        }
    }
}

另外创建一个 Enemy 脚本，挂载到 Enemy 的 Prefab 上，用于控制 Enemy 的激活和关闭：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Enemy : MonoBehaviour
{
    private UIManager _ui; // 实例化

    public void OnEnable() // unity 自带的方法，生成游戏对象的时候自动调用
    {
        SpawnManager.enemyCount++; // 激活的时候，enemy数量+1
        // 静态变量可以直接操作，非常方便！

        _ui = GameObject.Find("UIManager").GetComponent<UIManager>(); // 初始化
        _ui.UpdateEnemyNum(); // 调用方法更新数字

        Delet(); // 调用销毁方法
    }

    public void OnDisable() // unity 自带的方法，销毁游戏对象的时候自动调用
    {
        SpawnManager.enemyCount--; // 关闭的时候，enemy数量-1
        // 静态变量可以直接操作，非常方便！

        _ui.UpdateEnemyNum(); // 调用方法更新数字
    }

    void Delet() // 销毁方法
    {
        Destroy(this.gameObject, Random.Range(2.0f, 4.0f)); // 2~4秒后销毁自己
    }
}

这里我们发现，把 enemyCount 设置为静态变量后，操作起来非常方便！不需要有实例化和初始化过程，直接可以对其进行操作！

将 Enemy 的 Prefab 拖拽到 SpawnManager 脚本上。

创建一个空的游戏对象，命名为 UIManager，并挂载同名脚本，用于显示现存的 Enemy 数量：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI; // 直接 using UI 库方便使用

public class UIManager : MonoBehaviour
{
    public Text enemyNumText; // 实例化一个 Text

    public void UpdateEnemyNum()
    {
        enemyNumText.text = "Enemy Number: " + SpawnManager.enemyCount;
    }
}

在场景中新建一个 Text 游戏对象，按照喜好修改大小颜色等参数，然后将其拖拽到 UI Manger 的脚本中。

运行游戏，按下空格键就会生成 Enemy，UI会显示数字增加，当 Enemy 自动销毁后，数字会减小。

注意几点：

static 的方法无法使用非 static 的变量。
静态的即不变的，在某个类中只有一个，不会因实例化对象的不同而不同。
静态类不能实例化，不能使用 new 关键字创建静态类类型的变量。

Instance Members vs Static Members

区别 instance 和 static
- instance：实例化以后才存在
- static：程序运行开始到结束都会存在，如果 class 中有一个静态变量，那么这个变量为所有该类的实例化进行共享
- 这个问题也是面试常见题目

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;


public class ItemTest // 自定义一个类
{
    public string name;
    public int id;

    public static int itemNum; // 总的道具数量，设为静态变量
}


public class InstanceTest : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        // 当我们要使用自定义的类的时候，首先要进行实例化 instance
        ItemTest sword = new ItemTest();
        ItemTest spear = new ItemTest();
        // 这里创建的两个实例，拥有不同的变量 name 和 id
        // 但是 itemNum 这个变量只有一个，每个实例都共享
        // 这个时候我们无法通过 sword.itemNum 来访问这个变量
        // 可以直接通过 ItemTest.itemNum 来进行访问
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}

那静态变量如何使用的，举个例子，通过构造函数：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;


public class ItemTest // 自定义一个类
{
    public string name;
    public int id;

    public static int itemNum; // 总的道具数量，设为静态变量

    public ItemTest() // 每次实例化的时候自动调用构造函数
    {
        itemNum++; // 相当于每次实例化一个道具，道具总数+1
    }
}


public class InstanceTest : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        // 当我们要使用自定义的类的时候，首先要进行实例化 instance
        ItemTest sword = new ItemTest();
        ItemTest spear = new ItemTest();
        ItemTest axe = new ItemTest();

        Debug.Log("Item number: " + ItemTest.itemNum);
        // 前面生成了 3 个实例，所以这个得到的数字就是 3
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}

比如在线网游中，显示的当前在线玩家数量，就可以通过这个方法实现。

Utility Helper Classes

静态方法和静态类
- SDK：Software Development Kit
- utility classes：用来让开发流程更流畅
- 同时为多个应用程序开发时，我们不希望手动地复制粘贴一个通用方法，这个时候我们可以有一个 utility helper class 涵盖该通用的方法。比如我们开发多个计算机视觉程序，每个程序都要用到图片预处理，而且预处理的步骤是相同的，那我们就可以用一个 utility helper class 来涵盖该预处理的方法。

我们就可以把这个 utility helper class 设置为静态：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public static class UtilityHelper // 静态类不能继承父类，所以这里不能继承 MonoBehaviour
{

    // 静态类下面的所有成员都必须是静态的，包括变量和方法等

    public static void CreatCube() // 这个方法用于创建一个 cube
    {
        GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube); // 创建一个预设的 cube
    }

    public static void ChangePosition(GameObject obj) // 这个方法用于改变游戏对象位置
    {
        obj.transform.position += new Vector3(1, 0, 0); // 把游戏对象沿着 x 轴移动 1
    }
}

然后我们创建一个 cube 作为 Player 并挂载同名脚本：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Player : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space)) // 按下空格键
        {
            UtilityHelper.CreatCube(); // 调用生成 cube 的方法
        }

        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C)) // 按下 C 键
        {
            UtilityHelper.ChangePosition(this.gameObject); // 改变 player 的位置
        }
    }
}

以此来调用静态类。

这里我们使用的 utility helper class 下面可以放置多种静态方法，便于我们在其他程序段落中调用。

当然，我们也可以根据需求使用具有返回值的静态方法。需要注意的是，静态类和静态方法的生命周期是程序开始到程序结束，所以一直会占用到内存！

Challenge: Random Color Helper

任务说明：
- 创建一个 helper class，用于改变游戏对象的颜色
- 该改变颜色的方法需要传入游戏对象和目标颜色
- 测试：按下空格键改变 player 的颜色
- 额外任务：改变为随机颜色

首先创建 helper class：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public static class UtilityHelper // 静态类不能继承父类，所以这里不能继承 MonoBehaviour
{
    public static void ChangeColor(GameObject obj, Color color) // 改变游戏对象颜色
    {
        obj.GetComponent<MeshRenderer>().material.color = color;
    }
}

然后创建 Player 并挂载同名脚本：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Player : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C)) // 按下 C 键
        {
            UtilityHelper.ChangeColor(this.gameObject, Color.red);
            // player 变为红色
        }
    }
}

随机改变颜色：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public static class UtilityHelper // 静态类不能继承父类，所以这里不能继承 MonoBehaviour
{

    public static void ChangeColor(GameObject obj, Color color, bool randomColor = false) // 改变游戏对象颜色
    {
        if (randomColor)
        {
            color = new Color(Random.value, Random.value, Random.value);
            // Random.value 返回的是 0.0～1.0 的值，包含了0.0和1.0两个边界
        }
        obj.GetComponent<MeshRenderer>().material.color = color;    
    }
}

对应修改 player 脚本：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Player : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {

        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C)) // 按下 C 键
        {
            UtilityHelper.ChangeColor(this.gameObject, Color.red, true);
            // player 变为随机颜色
        }
    }
}

Initializing Static Members with a Static Constructor

初始化一个静态对象
- 和构造函数初始化一个实例对象类似，这里使用静态构造函数

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;


public class Players // 玩家的类
{
    public string name; // 姓名
    public int id; // id
    public int level; // 等级

    public static string group; // 组织为静态变量

    public Players() // 一般的实例化类构造函数，初始化非静态变量
    {
        Debug.Log("Instance Members initialized");
    }

    static Players() // 静态构造函数，初始化静态变量
    {
        group = "LOL";
        Debug.Log("Static Members initialized");
    }
}

public class InitialTest : MonoBehaviour
{

    public Players p1;
    public Players p2;

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        p1 = new Players(); // 初始化 p1
        p2 = new Players(); // 初始化 p2
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}

在 console 中可以看到，先显示一个 “Static Members initialized”，然后显示 2 个 “Instance Members initialized”，静态变量只初始化一次，而且是在其他初始化之前进行。

注意：静态变量的的初始化在实例化之前进行，因为静态变量会在所有实例化对象之间进行共享。

Tags: C/C++/C#