游戏设计模式 - 子类沙箱

核心思想

子类沙箱模式（Subclass Sandbox）通过将核心逻辑封装在基类中，为子类提供安全的"沙箱"环境。子类通过组合或重写基类提供的预定义操作来实现行为，而非直接操作底层系统。

这种模式在游戏开发中常用于实现角色技能、AI行为等需要大量复用基础操作的系统。

模式结构

// 基类：定义沙箱方法的框架
public abstract class Superpower
{// 沙箱方法：子类必须实现的核心逻辑protected abstract void Activate();// 模板方法：控制执行流程（可选）public void Update(float deltaTime){// 前置处理（如冷却检测）if (CanActivate()){Activate();// 后置处理（如消耗资源）}}// 工具方法：提供给子类的基础操作protected void PlaySound(string soundID){AudioSystem.Instance.Play(soundID);}protected void SpawnParticles(Vector3 position, string type){ParticleSystem.Instance.Spawn(type, position);}protected Vector3 GetHeroPosition(){return HeroController.Instance.Position;}// 可选：提供默认实现的基础方法protected virtual bool CanActivate(){return true;}
}// 子类：通过组合基类方法实现具体行为
public class LightningBolt : Superpower
{protected override void Activate(){PlaySound("LIGHTNING_STRIKE");SpawnParticles(GetHeroPosition(), "ELECTRICITY");ApplyDamageToTargets();}private void ApplyDamageToTargets(){// 使用基类提供的方法实现具体逻辑}
}

关键要素

1. 沙箱方法（Activate）

• 由子类实现的抽象方法
• 使用基类提供的工具方法构建具体行为
• 示例：闪电攻击逻辑

2. 工具方法

• 基类提供的原子操作
• 封装底层系统访问（音频、粒子、输入等）
• 典型方法：
  • PlaySound()
  • SpawnParticles()
  • GetInput()
  • MoveCharacter()

3. 状态跟踪

• 通过基类维护公共状态：

• protected float cooldownTimer;
  protected int remainingCharges;

4. 模板方法模式（Update）

• 控制子类方法的执行流程
• 添加公共逻辑（冷却计时、资源消耗等）

应用场景

适合场景

1.需要大量复用基础操作的系统

• 技能系统（不同技能组合相同的基础操作）
• AI行为（移动、攻击、寻路的组合）

2.需要隔离底层系统访问

• 当更换音频/粒子系统时，只需修改基类方法

3.需要统一管理公共逻辑

• 所有技能的冷却机制
• 全局的资源消耗规则

典型案例

• 技能系统
• buff/debuff效果
• 平台游戏的敌人AI行为

模式优势

1. 降低耦合

• 子类无需知道音频/粒子系统的具体实现
• 修改底层系统只需调整基类工具方法

2. 提高复用性

• 公共逻辑集中维护（如冷却计算）
• 工具方法可跨多个子类复用

3. 增强可控性

• 基类可以：
  • 记录所有技能的使用统计
  • 实现统一的性能优化
  • 添加调试日志

4. 提升安全性

• 子类只能访问预设的操作
• 防止意外修改关键系统状态

潜在缺陷

1. 基类膨胀风险

• 当工具方法过多时，基类可能变得臃肿
• 解决方案：将工具方法按功能拆分到不同类中

2. 继承体系限制

• 不适合需要多重继承的场景
• 替代方案：组合模式 + 策略模式

3. 灵活性受限

• 子类必须遵循基类定义的模板
• 对于需要完全自由实现的场景不够灵活

进阶技巧

1. 参数化工具方法

protected void PlaySound(string id, float volume = 1f, bool loop = false)
{AudioSystem.Instance.Play(id, volume, loop);
}

2. 分层沙箱

public abstract class MagicSpell : Superpower { /* 魔法专用方法 */ }
public abstract class MeleeSkill : Superpower { /* 近战专用方法 */ }

3. 状态注入

public class Fireball : Superpower 
{private float explosionRadius;public Fireball(float radius) {explosionRadius = radius;}
}

4. 配合对象池

protected GameObject GetParticleFromPool(string type)
{return ParticlePool.Instance.Get(type);
}

模式变体

1. 组件式沙箱

public class SkillSystem
{private AudioComponent audio;private ParticleComponent particles;private MovementComponent movement;public void Execute(ISkill skill){skill.Activate(audio, particles, movement);}
}

2. 基于接口的沙箱

public interface ISkillSandbox 
{void PlaySound(string id);void SpawnParticles(string type);
}public class Fireball : ISkill
{public void Execute(ISkillSandbox sandbox){sandbox.PlaySound("fire_blast");}
}

总结

子类沙箱模式通过建立受控环境，在灵活性和规范性之间取得了良好平衡。

适合需要实现大量相似但存在细微差别的游戏行为场景。当发现多个子类在重复实现相同的基础操作时，可以考虑使用这个模式。

实际使用时需要注意：

1. 合理划分工具方法的粒度
2. 控制基类的职责范围
3. 适时引入中间抽象层
4. 配合其他模式（对象池、组件模式）使用

该模式的真正价值在于：当需要添加新技能或行为时，开发者可以专注于实现独特的业务逻辑，而不必担心底层系统的兼容性问题。