Unity的C#编程教程_63_单一实例 Singleton 详解及应用练习

目录：

  Singleton Design Pattern
  Singleton UI Manager
  Challenge: Singleton Spawn Manager
  Singleton: Lazy Instantiation
    1. Lazy Instantiation
    2. Downfall of Lazy Instantiation
  MonoSingleton

Singleton Design Pattern

  • 游戏设计模式之一：单一实例模式
    • 全局都可以访问的 class，该 class 仅存在一个
    • 比如我们的 Manager class：Game Manager，Item Manager，Player Manager，UI Manager，Spawn Manager等
    • 我们一般不用通过 GetComponent 访问，而是直接进行访问
    • 使用 singleton，确保这个 class 仅有一个

创建 Game Manager 脚本：

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

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

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

}

创建一个 Player，挂载同名脚本：

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

public class Player : MonoBehaviour
{

    private GameManager _gm;

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        _gm = GameObject.Find("Game Manager").GetComponent<GameManager>();
        // 传统方法找到对应的 GameManager 脚本，需要先找到对应的游戏对象，然后获取游戏对象下面挂载的脚本组件
    }

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

    }
}

改成设计成 singleton：

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

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    private static GameManager _instance;
    // 生成一个静态实例，确保了仅有一个实例

    public static GameManager Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                Debug.Log("Game Manager is null");
            }

            return _instance;
        }
    }
    // 用于别的脚本与 GameManager 交互
    // 这个 property 仅有一个 get 方法，确保了别的脚本只能对其只读
    // 读取的就是 _instance 实例对象

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

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

    private void Awake() // 加载脚本实例的时候进行调用
    {
        _instance = this; // 赋值为该游戏对象
    }

    public void Test()
    {
        Debug.Log("Testing");
    }

}

在 Player 中调用：

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

public class Player : MonoBehaviour
{

    // private GameManager _gm;

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        // _gm = GameObject.Find("Game Manager").GetComponent<GameManager>();
        // 传统方法找到对应的 GameManager 脚本，需要先找到对应的游戏对象，然后获取游戏对象下面挂载的脚本组件

        GameManager.Instance.Test();
        // 使用了 singleton 后就可以直接调用了
    }

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

    }
}

使用 singleton 的时候，我们可以让所有的游戏对象（非静态）访问 Manager 的脚本进行交互，这也是仅有的和 Manager class 交互的方式，Manager classes 之间也可以交互，但是 Manager 脚本不会访问其他的游戏对象进行交互，所以这种交互是单向的。

Singleton UI Manager

  • 使用 singleton 方式创建 UI Manager

创建一个空的游戏对象，命名为 UI Manager，挂载同名脚本：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI; // 需要引入 UI 的库

public class UIManager : MonoBehaviour
{
    private static UIManager _instance;
    // static 确保只有一个，所有游戏对象都访问这个

    public static UIManager Instance // 这里的 property 也是 static
    {
        get
        {
            if (_instance == null) // 检测脚本有没有挂载到游戏对象上
            {
                Debug.Log("The UIManager instance is null");
            }

            return _instance;
        }
        // 这设定 property，外部脚本只读访问 _instance
    }

    private void Awake()
    {
        _instance = this; // 对实例进行赋值为该游戏对象
    }

    public void ShowScore(int score)
    {
        Debug.Log("The score is: " + score);
        GameManager.Instance.Test();
        // Manager classes 之间也可以相互访问
        // 但是 Manager class 不访问别的游戏对象
        // 仅由别的游戏对象访问 Manager class
    }
}

UI Manager 脚本负责管理游戏中的所有 UI 游戏对象，整个游戏中只会有一个 UI Manager，所以可以使用 singleton 使得访问更简便。

还可以在 Manager classes 之间进行交互：

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

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    private static GameManager _instance;
    // 生成一个静态实例，确保了仅有一个实例

    public static GameManager Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                Debug.Log("Game Manager is null");
            }
            return _instance;
        }
    }

    private void Awake() // 加载脚本实例的时候进行调用
    {
        _instance = this; // 赋值为该游戏对象
    }

    public void Test()
    {
        Debug.Log("Testing");
    }

}

Player 可以简便地访问 Manager class：

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

public class Player : MonoBehaviour
{

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        UIManager.Instance.ShowScore(77);
        // 使用了 singleton 后就可以直接调用了
    }

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

    }
}

Challenge: Singleton Spawn Manager

  • 任务说明：
    • 创建一个 Spawn Manager
    • 将其设计为 singleton
    • 创建一个 SpawnEnemy 方法，然后在 Player 脚本中进行尝试调用

创建游戏对象 Spawn Manager 并挂载同名脚本：

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

public class SpawnManager : MonoBehaviour
{
    private static SpawnManager _instance;

    public static SpawnManager Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                Debug.Log("The Spawn Manager instance is null");
            }

            return _instance;
        }
    }

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

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

    private void Awake()
    {
        _instance = this;
    }

    public void SpawnEnemy()
    {
        Debug.Log("Spawn one Enemy");
    }
}

在 Player 中调用：

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

public class Player : MonoBehaviour
{

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        SpawnManager.Instance.SpawnEnemy();
        // 使用了 singleton 后就可以直接调用了
    }

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

    }
}

Singleton: Lazy Instantiation

1. Lazy Instantiation

  • 最优的做法是，在运行应用之前声明 Manager
    • 比如我们应该建立对应的 class，还有对应的游戏对象，挂载对应脚本
    • 然后还需要检验 instance 是不是存在

但是我们也可以先不创建游戏对象，自然创建的脚本也不用挂载了：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI; // 需要引入 UI 的库

public class UIManager : MonoBehaviour
{
    private static UIManager _instance;
    // static 确保只有一个，所有游戏对象都访问这个

    public static UIManager Instance // 这里的 property 也是 static
    {
        get
        {
            if (_instance == null) // 检测脚本有没有挂载到游戏对象上
            {
                GameObject obj = new GameObject("UI Manager");
                // 新建一个游戏对象叫做 UI Manager
                obj.AddComponent<UIManager>();
                // 为该游戏对象增加组件：该脚本
            }

            return _instance;
        }
        // 这设定 property，外部脚本只读访问 _instance
    }

    private void Awake()
    {
        _instance = this; // 对实例进行赋值为该游戏对象
    }

    public void ShowScore(int score)
    {
        Debug.Log("The score is: " + score);
    }
}

我们可以把原有的 UI Manager 删除，然后 Player 中照样可以调用：

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))
        {
            UIManager.Instance.ShowScore(88);
        }
    }
}

运行以后会自动创建游戏对象 UI Manager，停止运行后该游戏对象会被删除。

使用 singleton 的两大优势：

  1. global access conmunication
  2. lazily instantiate an object

2. Downfall of Lazy Instantiation

  • 使用 lazy instantiation 的缺点
    • 比如我们使用 Spawn Manager
    • 我们会通过这个脚本去生成 Enemy，这需要我们首先由 Enemy 的 prefab，然后在 inspector 中拖拽赋值
    • 如果一开始不建立 Spawn Manager 游戏对象，那就没法拖拽赋值了
    • 需要我们知道 prefab 存在的文件夹，然后通过代码进行赋值，比较麻烦

MonoSingleton

  • 把任何 manager class 简单转化为 singleton

之前我们制作 singleton 的时候，每一个 manager class 都需要进行初始化设定以及实例赋值，假设我们有 50 个，那就要进行 50 次类似的操作。

即然需要重复做，那我们就可以想办法进行模块化操作。

建立一个 singleton 的模版，脚本命名为 MonoSingleton：

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

public  abstract class MonoSingleton<T> : MonoBehaviour where T: MonoSingleton<T>
    // 设定为抽象类，这样就不能挂载到游戏对象上，仅作为模版使用
    // <T> 设定了一个 generic type，即不同的类型都可以使用该模版，多态性
    // T 继承的应用模版的时候所输入的类型
    // 这里这么做的原因在于，我们不但要继承 MonoSingleton，还需要知道具体的类型

{
    private static T _instance;

    public static T Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                Debug.LogError(typeof(T).ToString()+ " has no instance");
                // 显示该类没有实例化，即没有赋值游戏对象（游戏对象挂载脚本）
            }

            return _instance;
        }
    }

    private void Awake()
    {
        _instance = this as T;
        // 或者 _instance = (T)this;
        Int();
        // 一旦加载实例，即进指定的行初始化
        // 如果没有被重写，那不执行任何操作
    }

    public virtual void Int() // 设定一个初始化方法
    {
        // 虚方法，可以选择重写，也可以不重写
    }

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

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

我们尝试把 Player 的脚本来使用一下这个模版：

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

public class Player : MonoSingleton<Player> // 继承自模版，类型为 Player
{

    public override void Int()
    {
        base.Int(); // 调用默认的初始化方法，可去除
        Debug.Log("Player initialized!");

    }

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

    }

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

    }
}

另外尝试创建一个 Level Manager，挂载同名脚本：

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

public class LevelManager : MonoSingleton<LevelManager>
{
    public override void Int()
    {
        Debug.Log("Level Manager initialized");
    }

    public void SetLevel()
    {
        Debug.Log("Set a level");
    }
}

通过 Player 尝试直接调用：

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

public class Player : MonoSingleton<Player>
{

    public override void Int()
    {
        Debug.Log("Player initialized!");
        LevelManager.Instance.SetLevel(); // 可以直接调用
    }

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

    }

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

    }
}
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