Unity的C#編程教程_54_靜態類型 Static Types 詳解及應用練習

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

所謂的 static type，使用的是 static 關鍵字
- 比如可以有 static class，static method，或者 static variable
- static type 存在於棧 stuck 中（記憶體），生命周期與程式運行一致
任務說明：
- 我們設計一個程式用於接收資訊，比如一堆數字，然後用程式加總
- 假設每次按下空格鍵加 10

傳統的做法是首先新建一個 Score 的類，用於存放累加後的結果：

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()
    {
        
    }
}

這個腳本可以掛載到一個遊戲對象 Score 上面

然後再用一個腳本進行累加操作：

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

public class StaticTest : MonoBehaviour
{

    public Score score; // 實例化一個 Score 的類

    // 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; // 對於類下面的 num 變數加 10
        }
    }
}

這個腳本也掛載到一個遊戲對象下面，運行遊戲後，按下空格鍵就可以看到 Score 裡面的 Num 每次會加 10

然後我們嘗試把 Score 類下面的 num 變數改為 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()
    {
        
    }
}

計數程式就要做對應修改：

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

public class StaticTest : MonoBehaviour
{

    // public Score score; // 不再需要實例化

    // 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; // 直接對於類下面的 num 變數加 10
            Debug.Log(Score.num); // Inspector 中無法顯示，需要通過 debug 進行顯示
        }
    }
}

靜態變數直接存儲在記憶體中，無需通過類的實例化來分配記憶體，所以可以直接對其進行操作。

Static 的東西沒有辦法直接在 unity 的 inspector 中看到，所以可以通過 debug 的方式查看數值變化。

在運行大型項目的時候，由於靜態數據會佔據記憶體，需要額外關注。

不僅僅是變數可以 static，類和方法也可以是 static 的。

當你使用 static class 的時候，這個類無法繼承別的父類，所以自然 static class 無法繼承 MonoBehaviour。

2.Practical Example of Working with Static Types

實際運用 static type
創建一個 enemy spawn manager
- 顯示 enemy 的數量，使用 UI 展現數字
- 使用 cube 代表 enemy，設定為 prefab

首先創建一個 cube，命名為 Emeny，然後拖拽到 assets 中作為 prefab，原窗口中的 Enemy 可以刪除，然後創建腳本 SpawnManager：

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

public class SpawnManager : MonoBehaviour
{
    public GameObject enemyPrefab;
    public static int enemyCount; // 這裡使用靜態變數

    // 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); // 每次按下空格鍵生成 enemy
        }
    }
}

另外創建一個 Enemy 腳本，掛載到 Enemy 的 Prefab 上，用於控制 Enemy 的激活和關閉：

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

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

    public void OnEnable() // unity 自帶的方法，生成遊戲對象的時候自動調用
    {
        SpawnManager.enemyCount++; // 激活的時候，enemy數量+1
        // 靜態變數可以直接操作，非常方便！

        _ui = GameObject.Find("UIManager").GetComponent<UIManager>(); // 初始化
        _ui.UpdateEnemyNum(); // 調用方法更新數字

        Delet(); // 調用銷毀方法
    }

    public void OnDisable() // unity 自帶的方法，銷毀遊戲對象的時候自動調用
    {
        SpawnManager.enemyCount--; // 關閉的時候，enemy數量-1
        // 靜態變數可以直接操作，非常方便！

        _ui.UpdateEnemyNum(); // 調用方法更新數字
    }

    void Delet() // 銷毀方法
    {
        Destroy(this.gameObject, Random.Range(2.0f, 4.0f)); // 2~4秒後銷毀自己
    }
}

這裡我們發現，把 enemyCount 設置為靜態變數後，操作起來非常方便！不需要有實例化和初始化過程，直接可以對其進行操作！

將 Enemy 的 Prefab 拖拽到 SpawnManager 腳本上。

創建一個空的遊戲對象，命名為 UIManager，並掛載同名腳本，用於顯示現存的 Enemy 數量：

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

public class UIManager : MonoBehaviour
{
    public Text enemyNumText; // 實例化一個 Text

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

在場景中新建一個 Text 遊戲對象，按照喜好修改大小顏色等參數，然後將其拖拽到 UI Manger 的腳本中。

運行遊戲，按下空格鍵就會生成 Enemy，UI會顯示數字增加，當 Enemy 自動銷毀後，數字會減小。

注意幾點：

static 的方法無法使用非 static 的變數。
靜態的即不變的，在某個類中只有一個，不會因實例化對象的不同而不同。
靜態類不能實例化，不能使用 new 關鍵字創建靜態類類型的變數。

Instance Members vs Static Members

區別 instance 和 static
- instance：實例化以後才存在
- static：程式運行開始到結束都會存在，如果 class 中有一個靜態變數，那麼這個變數為所有該類的實例化進行共享
- 這個問題也是面試常見題目

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


public class ItemTest // 自定義一個類
{
    public string name;
    public int id;

    public static int itemNum; // 總的道具數量，設為靜態變數
}


public class InstanceTest : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        // 當我們要使用自定義的類的時候，首先要進行實例化 instance
        ItemTest sword = new ItemTest();
        ItemTest spear = new ItemTest();
        // 這裡創建的兩個實例，擁有不同的變數 name 和 id
        // 但是 itemNum 這個變數只有一個，每個實例都共享
        // 這個時候我們無法通過 sword.itemNum 來訪問這個變數
        // 可以直接通過 ItemTest.itemNum 來進行訪問
        
    }

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

那靜態變數如何使用的，舉個例子，通過構造函數：

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


public class ItemTest // 自定義一個類
{
    public string name;
    public int id;

    public static int itemNum; // 總的道具數量，設為靜態變數

    public ItemTest() // 每次實例化的時候自動調用構造函數
    {
        itemNum++; // 相當於每次實例化一個道具，道具總數+1
    }
}


public class InstanceTest : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        // 當我們要使用自定義的類的時候，首先要進行實例化 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 個實例，所以這個得到的數字就是 3
        
    }

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

比如在線網遊中，顯示的當前在線玩家數量，就可以通過這個方法實現。

Utility Helper Classes

靜態方法和靜態類
- SDK：Software Development Kit
- utility classes：用來讓開發流程更流暢
- 同時為多個應用程式開發時，我們不希望手動地複製粘貼一個通用方法，這個時候我們可以有一個 utility helper class 涵蓋該通用的方法。比如我們開發多個電腦視覺程式，每個程式都要用到圖片預處理，而且預處理的步驟是相同的，那我們就可以用一個 utility helper class 來涵蓋該預處理的方法。

我們就可以把這個 utility helper class 設置為靜態：

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

public static class UtilityHelper // 靜態類不能繼承父類，所以這裡不能繼承 MonoBehaviour
{

    // 靜態類下面的所有成員都必須是靜態的，包括變數和方法等

    public static void CreatCube() // 這個方法用於創建一個 cube
    {
        GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube); // 創建一個預設的 cube
    }

    public static void ChangePosition(GameObject obj) // 這個方法用於改變遊戲對象位置
    {
        obj.transform.position += new Vector3(1, 0, 0); // 把遊戲對象沿著 x 軸移動 1
    }
}

然後我們創建一個 cube 作為 Player 並掛載同名腳本：

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)) // 按下空格鍵
        {
            UtilityHelper.CreatCube(); // 調用生成 cube 的方法
        }

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

以此來調用靜態類。

這裡我們使用的 utility helper class 下面可以放置多種靜態方法，便於我們在其他程式段落中調用。

當然，我們也可以根據需求使用具有返回值的靜態方法。需要注意的是，靜態類和靜態方法的生命周期是程式開始到程式結束，所以一直會佔用到記憶體！

Challenge: Random Color Helper

任務說明：
- 創建一個 helper class，用於改變遊戲對象的顏色
- 該改變顏色的方法需要傳入遊戲對象和目標顏色
- 測試：按下空格鍵改變 player 的顏色
- 額外任務：改變為隨機顏色

首先創建 helper class：

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

public static class UtilityHelper // 靜態類不能繼承父類，所以這裡不能繼承 MonoBehaviour
{
    public static void ChangeColor(GameObject obj, Color color) // 改變遊戲對象顏色
    {
        obj.GetComponent<MeshRenderer>().material.color = color;
    }
}

然後創建 Player 並掛載同名腳本：

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 鍵
        {
            UtilityHelper.ChangeColor(this.gameObject, Color.red);
            // player 變為紅色
        }
    }
}

隨機改變顏色：

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

public static class UtilityHelper // 靜態類不能繼承父類，所以這裡不能繼承 MonoBehaviour
{

    public static void ChangeColor(GameObject obj, Color color, bool randomColor = false) // 改變遊戲對象顏色
    {
        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1.0兩個邊界
        }
        obj.GetComponent<MeshRenderer>().material.color = color;    
    }
}

對應修改 player 腳本：

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 鍵
        {
            UtilityHelper.ChangeColor(this.gameObject, Color.red, true);
            // player 變為隨機顏色
        }
    }
}

Initializing Static Members with a Static Constructor

初始化一個靜態對象
- 和構造函數初始化一個實例對象類似，這裡使用靜態構造函數

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


public class Players // 玩家的類
{
    public string name; // 姓名
    public int id; // id
    public int level; // 等級

    public static string group; // 組織為靜態變數

    public Players() // 一般的實例化類構造函數，初始化非靜態變數
    {
        Debug.Log("Instance Members initialized");
    }

    static Players() // 靜態構造函數，初始化靜態變數
    {
        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，先顯示一個 “Static Members initialized”，然後顯示 2 個 “Instance Members initialized”，靜態變數只初始化一次，而且是在其他初始化之前進行。

注意：靜態變數的的初始化在實例化之前進行，因為靜態變數會在所有實例化對象之間進行共享。

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