SRPG游戏开发（三十）第七章寻路与地图对象 - 八优化地图（Optimize MapGraph）

宗政欣可

2023-12-01

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第七章寻路与地图对象（Pathfinding and Map Object）

这一章主要进行寻路与地图对象的部分工作。

八优化地图（Optimize MapGraph）

这一节我们来优化地图相关的代码。

1 优化格子数据（Optimize CellData）

当我们显示移动范围后，再次点击地图角色将移动到指定位置，在我们之前的EditorTestPathFinding中，我们是保存了移动范围，然后判断点击的格子是否在集合中；而有没有Tile我们使用了一个bool变量保存；在这里我们可以做一些文章。

其实可以想到，格子有几种状态：

有没有Tile
有没有移动范围网格
有没有攻击范围网格
有没有地图对象

这些属性我们时常需要进行判断，每一个我们都单独会写变量保存状态，这里我们可以整合变量，使用一个二进制来保存它们，每一位表示一个开关。

首先，建立一个二进制Enum：

using System;

namespace DR.Book.SRPG_Dev.Maps
{
    /// <summary>
    /// 格子状态
    /// </summary>
    [Serializable, Flags]
    public enum CellStatus : byte
    {
        /// <summary>
        /// 没有任何东西， 0000 0000
        /// </summary>
        None = 0,

        /// <summary>
        /// 有TerrainTile， 0000 0001
        /// </summary>
        TerrainTile = 0x01,

        /// <summary>
        /// 移动光标， 0000 0010
        /// </summary>
        MoveCursor = 0x02,

        /// <summary>
        /// 攻击光标， 0000 0100
        /// </summary>
        AttackCursor = 0x04,

        /// <summary>
        /// 地图对象， 0000 1000
        /// </summary>
        MapObject = 0x08

        // 如果有其它需求，在这里添加其余4个开关属性

        /// <summary>
        /// 全部8个开关， 1111 1111
        /// </summary>
        All = byte.MaxValue
    }
}

这样你会看到，我们有8个开关的位置，而byte只占1个字节，即1个字节保存了8个“bool”变量。

如果你需要更多的开关位置，请继承相应数字的无符号类型（有符号类型有负数参与，你需要更深入的了解二进制补码知识与计算），例如你需要32个开关，你可以:

using System;

[Serializable, Flags]
public enum YourSwitch : UInt32
{
    // your switches

    /// <summary>
    /// 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
    /// </summary>
    All = UInt32.MaxValue   
}

然后，在CellData中添加这个变量：

private CellStatus m_Status = CellStatus.None;

最后，我们来说说如何打开和关闭它们。

1.1 打开与关闭开关（Switch On or Off）

之前我们已经使用过二进制的Enum（Direction），但没有过多详细介绍过它。这里我们将介绍一下二进制的位运算。

我们的基本类型byte，1字节有8位，取值范围为[0, 255]，即二进制的区间[0000 0000, 1111 1111]，每一位都可表示成一个开关。

想要更了解进制之间的转换与计算方式，可以访问我的另一篇文章编程基础 - 进制转换（Binary Conversion）

每一位上的二进制，1都代表打开（存在），0都代表关闭（不存在）。我们的开关m_Status默认为CellStatus.None即全部是关闭的，二进制位 0000 0000 。

打开开关：

要打开其中某一个开关，根据位运算规则，我们需要或（|）操作这个位置的值；举例来说，如果此格子有移动光标，从右数第2位表示此开关，只需要或（|）上0000 0010即可打开开关，即0000 0000 | 0000 0010 = 0000 0010。
关闭开关：

我们先假设Tile、移动光标与攻击光标都存在，即0000 0111（游戏中不会出现这种状态，移动光标与攻击光标是不能同时出现的）。

我们希望能够关闭移动光标，即希望结果为0000 0101，而移动光标为0000 0010；发现4种位运算都不能满足我们的情况，不过很容易看到0000 0111 - 0000 0010 = 0000 0101可以达到我们的效果。不过这产生了一个新的问题，当我们的开关已经是关闭状态了，就得不到我们的需求。

例如我们希望关闭MapObject，即0000 0111 - 0000 1000 = 1111 1111，我的天啊，开关居然全部都打开了。这可不是我们需要的，我们希望开关都能保持不变，即依然是0000 0111。

要解决这个问题有两种方式：
- 其一，我们可通过观察，相减的结果再次位与（&）开关原始状态即可得到结果，即(0000 0111 - 0000 0010) & 0000 0111 = 0000 0101，关闭MapObject为(0000 0111 - 0000 1000) & 0000 0111 = 0000 0111。但这种运算使用了减法，在某些语言中（比如C#）是不支持byte运算的，需要类型转换，这有些麻烦，所以我们采用第二种方式。
- 其二，我们需要将它关闭，其它开关打开，即取反（~）得到1111 1101，然后再与开关做位与（&）运算，即0000 0111 & 1111 1101 = 0000 0101；再次试验关闭MapObject，即0000 0111 & (~ 0000 1000) = 0000 0111。这样就解决了关闭问题。

基于以上分析，我们的代码为：

        /// <summary>
        /// 设置状态开关
        /// </summary>
        /// <param name="status"></param>
        /// <param name="isOn"></param>
        public void SwitchStatus(CellStatus status, bool isOn)
        {
            if (isOn)
            {
                m_Status |= status;
            }
            else
            {
                m_Status &= ~status;
            }
        }

这样，我们就可以控制是否打开开关与关闭开关了，拥有了设置开关属性，我们还要能够利用开关，即知道开关的状态。

1.2 检查开关（Check Switch）

要知道开关是否被打开，只需要其对应的二进制数字是否为1即可。这只需要一个位与（&）运算即可。

例如，假设原始状态为0000 0111；我们希望知道攻击光标（0000 0010）是否存在，只需要做位与运算，即0000 0111 & 0000 0010 = 0000 0010；类似的我们希望知道地图对象（0000 1000）是否存在，即0000 0111 & 0000 1000 = 0000 0000；你会发现它们的区别，即存在的结果与输入的结果相同，而不存在的结果为0。

        public bool CheckStatus(CellStatus status)
        {
            return (m_Status & status) == status;
        }

这样我们确实可以检测了，但我们还希望能够知道是否有开关开启，比如我们希望知道是否有光标在格子上，这样检测就不可以了，但我们发现，只有关闭时才为0，主要有开启的就会大于0；例如，假设原始状态为0000 0101，即0000 0101 & (0000 0100 | 0000 0010) = 0000 0100 > 0，所以修改代码：

        /// <summary>
        /// 开关是否开启 
        /// any：
        ///     true 表示，判断在status中是否存在开启项
        ///     false 表示，判断status中是否全部开启
        /// </summary>
        /// <param name="status"></param>
        /// <param name="any"></param>
        /// <returns></returns>
        public bool CheckStatus(CellStatus status, bool any)
        {
            return any ? (m_Status & status) != 0 : (m_Status & status) == status;
        }

1.3 修改数据属性（Modify Properties）

我们有开关属性，例如m_HasTile属性就可以删除了；而且还可以添加许多属性。

修改后的Common属性：

        private Vector3Int m_Position;
        private MapObject m_MapObject;
        private CellStatus m_Status = CellStatus.None;

        /// <summary>
        /// 坐标位置
        /// </summary>
        public Vector3Int position
        {
            get { return m_Position; }
        }

        /// <summary>
        /// 是否有Tile
        /// </summary>
        public bool hasTile
        {
            get { return CheckStatus(CellStatus.TerrainTile, false); }
            set { SwitchStatus(CellStatus.TerrainTile, value); }
        }

        /// <summary>
        /// 是否有Cursor
        /// </summary>
        public bool hasCursor
        {
            get { return CheckStatus(CellStatus.MoveCursor | CellStatus.AttackCursor, true); }
            set { SwitchStatus(CellStatus.MoveCursor | CellStatus.AttackCursor, value); }
        }

        /// <summary>
        /// 是否有移动范围光标
        /// </summary>
        public bool hasMoveCursor
        {
            get { return CheckStatus(CellStatus.MoveCursor, false); }
            set { SwitchStatus(CellStatus.MoveCursor, value); }
        }

        /// <summary>
        /// 是否有攻击范围光标
        /// </summary>
        public bool hasAttackCursor
        {
            get { return CheckStatus(CellStatus.AttackCursor, false); }
            set { SwitchStatus(CellStatus.AttackCursor, value); }
        }

        /// <summary>
        /// 地图对象
        /// </summary>
        public MapObject mapObject
        {
            get { return m_MapObject; }
            set
            {
                m_MapObject = value;
                SwitchStatus(CellStatus.MapObject, value != null);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 是否有地图对象
        /// </summary>
        public bool hasMapObject
        {
            get { return mapObject != null; }
        }

        /// <summary>
        /// 是否可移动
        /// </summary>
        public bool canMove
        {
            get { return hasTile && !hasMapObject; }
        }

        /// <summary>
        /// 获取状态开关
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public CellStatus GetStatus()
        {
            return m_Status;
        }

虽然我们的属性有非常多，但其中大部分属性都保存在同1个字节中。

1.4 修改寻路中的代码（Modify Search Method）

我们主要修改一下调用了这些属性的地方。

在FindMoveRange与FindPathDirect中，我们调用了判断是否可移动，而在这里我们有了新的属性。

        public override bool CanAddAdjacentToReachable(PathFinding search, CellData adjacent)
        {
            //// 没有Tile
            //if (!adjacent.hasTile)
            //{
            //    return false;
            //}

            //// 已经有对象了
            //if (adjacent.hasMapObject)
            //{
            //    return false;
            //}

            // 是否可移动
            if (!adjacent.canMove)
            {
                return false;
            }

            // 省略其它代码
        }

1.5 修改光标显示方法（Modify Cursor Method）

在MapGraph中，显示范围光标与隐藏范围光标时，我们需要对格子进行设置，这样的好处是不必再分别保存光标了。

修改字段（Field）：

        ///// <summary>
        ///// 移动范围光标集合
        ///// </summary>
        //private List<MapCursor> m_MapMoveCursors = new List<MapCursor>();

        ///// <summary>
        ///// 攻击范围光标集合
        ///// </summary>
        //private List<MapCursor> m_MapAttackCursors = new List<MapCursor>();

        /// <summary>
        /// 光标集合
        /// </summary>
        private HashSet<MapCursor> m_Cursors = new HashSet<MapCursor>();

修改显示光标函数（Show Cursor Method）：

        /// <summary>
        /// 显示cursor
        /// </summary>
        /// <param name="cells"></param>
        /// <param name="type"></param>
        public void ShowRangeCursors(IEnumerable<CellData> cells, MapCursor.CursorType type)
        {
            if (type == MapCursor.CursorType.Mouse)
            {
                return;
            }

            foreach (CellData cell in cells)
            {
                MapCursor cursor = CreateMapObject(runtimeCursorPrefab, cell.position) as MapCursor;
                if (cursor != null)
                {
                    cursor.name = string.Format(
                        "{0} Cursor {1}",
                        type.ToString(),
                        cell.position.ToString());
                    cursor.cursorType = type;
                    if (type == MapCursor.CursorType.Move)
                    {
                        //m_MapMoveCursors.Add(cursor);
                        cell.hasMoveCursor = true;
                    }
                    else if (type == MapCursor.CursorType.Attack)
                    {
                        //m_MapAttackCursors.Add(cursor);
                        cell.hasAttackCursor = true;
                    }

                    m_Cursors.Add(cursor);
                }
            }
        }

修改隐藏光标函数（Hide Cursor Method）：

我们的光标已经由新的列表保存了，但我们更新格子信息不再这个函数里进行，而在光标本身进行。

        /// <summary>
        /// 隐藏cursor
        /// </summary>
        public void HideRangeCursors()
        {
            //if (m_MapMoveCursors.Count > 0)
            //{
            //    for (int i = 0; i < m_MapMoveCursors.Count; i++)
            //    {
            //        ObjectPool.DespawnUnsafe(m_MapMoveCursors[i].gameObject, true);
            //    }
            //    m_MapMoveCursors.Clear();
            //}

            //if (m_MapAttackCursors.Count > 0)
            //{
            //    for (int i = 0; i < m_MapAttackCursors.Count; i++)
            //    {
            //        ObjectPool.DespawnUnsafe(m_MapAttackCursors[i].gameObject, true);
            //    }
            //    m_MapAttackCursors.Clear();
            //}

            if (m_Cursors.Count > 0)
            {
                foreach (MapCursor cursor in m_Cursors)
                {
                    ObjectPool.DespawnUnsafe(cursor.gameObject, true);
                }
                m_Cursors.Clear();
            }
        }

我们在光标本身进行关闭开关，打开MapCursor.cs，继承OnDespawn方法:

        public override void OnDespawn()
        {
            if (map != null && mapObjectType == MapObjectType.Cursor)
            {
                CellData cellData = map.GetCellData(cellPosition);
                if (cellData != null)
                {
                    cellData.hasCursor = false;
                }
            }

            base.OnDespawn();
        }

2 优化测试代码（Modify Testing Code）

在EditorTestPathFinding中，我们需要修改的地方不是很多，在搜寻移动范围时，可以让我们不用再保存显示的格子数据m_CursorCells了。

在搜索移动范围后，我们二次搜索攻击范围使用的是各种cells.Contains方法，这相对来说已经非常消耗性能了，经过属性的修改，我们不用再使用它了。而且在我们不需要顺序，这样性能不如用HashSet来好。

删除或注释一切与m_CursorCells有关的代码，然后修改移动范围代码：

        /// <summary>
        /// 生成Cursors
        /// </summary>
        /// <param name="cells"></param>
        /// <param name="atk"></param>
        public void CreateTestCursors(IEnumerable<CellData> cells, bool atk)
        {
            // 省略
        }

        /// <summary>
        /// 当左键按下时，Move类型的活动
        /// </summary>
        /// <param name="selectedCell"></param>
        /// <returns></returns>
        public List<CellData> ShowMoveRangeCells(CellData selectedCell)
        {
            List<CellData> cells;

            //if (m_CursorCells.Count == 0 || !m_CursorCells.Contains(selectedCell))
            if (!selectedCell.hasMoveCursor)
            {
                if (m_DebugInfo)
                {
                    Debug.LogFormat("MoveRange: start {0}, move point {1}, status ({2})",
                        selectedCell.position.ToString(),
                        m_MovePoint.ToString(),
                        selectedCell.GetStatus().ToString());
                }

                ClearTestCursors();

                //m_CursorCells.Clear();
                m_TestClass.UpdatePosition(selectedCell.position);
                cells = new List<CellData>(m_Map.SearchMoveRange(selectedCell, m_MovePoint, m_MoveConsumption));
                //m_CursorCells.AddRange(cells);
                CreateTestCursors(cells, false);

                if (m_PathfindingType == TestPathfindingType.MoveAndAttack)
                {
                    // 移动范围后，进行查找攻击范围
                    HashSet<CellData> attackCells = new HashSet<CellData>();
                    foreach (var cell in cells.ToArray())
                    {
                        //foreach (var c in m_Map.SearchAttackRange(cell, m_AttackRange.x, m_AttackRange.y, true))
                        //{
                        //    //if (!cells.Contains(c) && !attackCells.Contains(c))
                        //    if (!c.hasCursor)
                        //    {
                        //        attackCells.Add(c);
                        //    }
                        //}
                        attackCells.UnionWith(
                            m_Map.SearchAttackRange(cell, m_AttackRange.x, m_AttackRange.y, true)
                            .Where(c => !c.hasCursor));
                    }
                    CreateTestCursors(attackCells, true);
                }
            }
            else
            {
                if (m_DebugInfo)
                {
                    Debug.LogFormat("Selected end {0} status ({1})", 
                        selectedCell.position,
                        selectedCell.GetStatus().ToString());
                }
                ClearTestCursors();
                //m_CursorCells.Clear();
                Stack<CellData> pathCells = m_Map.searchPath.BuildPath(selectedCell);
                cells = new List<CellData>(pathCells);
                m_TestClass.animatorController.PlayMove();
                m_TestClass.StartMove(pathCells);

                CreateTestCursors(cells, false);
            }

            return cells;
        }

3 优化地图（Optimize MapGraph）

在测试代码中，我们移动范围的方法看起来已经比较完善了，经过少许修改就可以移动到MapGraph中。只不过我们还没有数据，需要数据的地方先保留。

3.1 移动范围与攻击范围（Search Move\/Attack Range）

1 创建方法：

        /// <summary>
        /// 搜寻移动范围与攻击范围
        /// </summary>
        /// <param name="cls"></param>
        /// <param name="nAtk">是否包含攻击范围</param>
        /// <param name="moveCells"></param>
        /// <param name="atkCells"></param>
        /// <returns></returns>
        public bool SearchMoveRange(
            MapClass cls, 
            bool nAtk, 
            out IEnumerable<CellData> moveCells, 
            out IEnumerable<CellData> atkCells)
        {
            moveCells = null;
            atkCells = null;

            if (cls == null)
            {
                Debug.LogErrorFormat("MapGraph -> SearchMoveRange: `cls` is null.");
                return false;
            }

            CellData cell = GetCellData(cls.cellPosition);
            if (cell == null)
            {
                Debug.LogErrorFormat("MapGraph -> SearchMoveRange: `cls.cellPosition` is out of range.");
                return false;
            }

            // TODO

            return true;
        }

2 搜寻移动范围

            // TODO 搜索移动范围，从MapClass中读取数据
            float movePoint = 0;
            MoveConsumption consumption = null;

            List<CellData> rangeCells = SearchMoveRange(cell, movePoint, consumption);
            if (rangeCells == null)
            {
                return false;
            }

            moveCells = rangeCells.ToArray();

3 搜寻攻击范围

            if (nAtk /* TODO && 是否有武器 */)
            {
                // TODO 搜索攻击范围，从MapClass中读取数据
                Vector2Int atkRange = Vector2Int.one;

                HashSet<CellData> atkRangeCells = new HashSet<CellData>();
                foreach (CellData moveCell in moveCells)
                {
                    rangeCells = SearchAttackRange(moveCell, atkRange.x, atkRange.y, true);
                    if (rangeCells != null && rangeCells.Count > 0)
                    {
                        atkRangeCells.UnionWith(rangeCells.Where(c => !c.hasCursor));
                    }
                }

                atkCells = atkRangeCells;
            }

3.2 HashSet判断相等（IEqualityComparer）

在二次搜索范围的时候，我们使用了HastSet来更快的添加光标。在HashSet内部判断时，我们不必使用整个CellData，使用坐标即可。

        private CellPositionEqualityComparer m_CellPositionEqualityComparer = new CellPositionEqualityComparer();

        /// <summary>
        /// 判断两个Cell的Position是否相等
        /// </summary>
        public CellPositionEqualityComparer cellPositionEqualityComparer
        {
            get
            {
                if (m_CellPositionEqualityComparer == null)
                {
                    m_CellPositionEqualityComparer = new CellPositionEqualityComparer();
                }
                return m_CellPositionEqualityComparer;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 判断两个Cell的Position是否相等
        /// </summary>
        public class CellPositionEqualityComparer : IEqualityComparer<CellData>
        {
            public bool Equals(CellData x, CellData y)
            {
                return x.position == y.position;
            }

            public int GetHashCode(CellData obj)
            {
                return obj.position.GetHashCode();
            }
        }

在创建时使用：

HashSet<CellData> atkRangeCells = new HashSet<CellData>(cellPositionEqualityComparer);

3.3 显示光标（Show Cursor）

        /// <summary>
        /// 搜寻和显示范围
        /// </summary>
        /// <param name="cls"></param>
        /// <param name="nAtk">包含攻击范围</param>
        /// <returns></returns>
        public bool SearchAndShowMoveRange(MapClass cls, bool nAtk)
        {
            IEnumerable<CellData> moveCells, atkCells;
            if (!SearchMoveRange(cls, nAtk, out moveCells, out atkCells))
            {
                return false;
            }

            if (moveCells != null)
            {
                ShowRangeCursors(moveCells, MapCursor.CursorType.Move);
            }

            if (atkCells != null)
            {
                ShowRangeCursors(atkCells, MapCursor.CursorType.Attack);
            }

            return true;
        }

4 对象池的错误（ObjectPool Bug）

我们的对象池似乎有bug，查看了源代码有些错误（暂时不影响使用）：

PoolManager的DestroyPool方法判断写错了；
在InstanceCollection的Dispose中没有判断是否为空。

这暂时不影响我们，但请注意，在Destroy掉我们的Pool之前，最好要Despawn掉Pool中的所有Object。

SRPG游戏开发（三十）第七章寻路与地图对象 - 八优化地图（Optimize MapGraph）

第七章寻路与地图对象（Pathfinding and Map Object）

八优化地图（Optimize MapGraph）

1 优化格子数据（Optimize CellData）

1.1 打开与关闭开关（Switch On or Off）

1.2 检查开关（Check Switch）

1.3 修改数据属性（Modify Properties）

1.4 修改寻路中的代码（Modify Search Method）

1.5 修改光标显示方法（Modify Cursor Method）

2 优化测试代码（Modify Testing Code）

3 优化地图（Optimize MapGraph）

3.1 移动范围与攻击范围（Search Move\/Attack Range）

3.2 HashSet判断相等（IEqualityComparer）

3.3 显示光标（Show Cursor）

4 对象池的错误（ObjectPool Bug）

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1.2 检查开关（Check Switch）

1.3 修改数据属性（Modify Properties）

1.4 修改寻路中的代码（Modify Search Method）

1.5 修改光标显示方法（Modify Cursor Method）

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