Unity基础教程-对象管理（一）——持久化对象（Creating,Saving和Loading）

lingling2012 · 发表于 2020-11-25 09:25

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本文重点：

1、按下按键的时候随机产生一个立方体
2、使用泛型和虚函数
3、把数据写进文件再读取出来
4、保存游戏状态之后再加载回来
5、封装数据持久化的细节

这是有关 对象管理 系列教程中的第一篇。它涵盖了创建，跟踪，保存和加载简单的预制实例。它基于“基础知识”部分中的教程奠定的基础。
本教程使用Unity 2017.3.1p4制作。
这些立方体在游戏结束后可以留存下来
1 按需创建对象
你可以在Unity编辑器中创建场景，并用对象实例填充它们。它允许你为你的游戏设计固定的关卡。这些对象可以绑定一些行为，比如在Play模式下修改场景的状态。通常，在游戏过程中都会创建新的对象实例。例如子弹被发射，敌人生成，随机战利品出现等等。玩家甚至可以在游戏中创建一些自定义关卡。
在游戏中创造新物体是一回事。但玩家退出游戏，然后再回到游戏中又是另外一回事。记住，Unity不会自动为我们记录过程当中进行的变化。我们必须自己去做。
在本教程中，我们会创建一个非常简单的游戏。它所做的一切就是在按下一个键时生成一个随机立方体。只要我们能够跟踪不同游戏会话（sessions）之间的立方体，就可以在以后的教程中增加游戏的复杂性。
1.1 游戏逻辑
因为我们的游戏非常简单，所以我们将只使用一个Game组件脚本来控制它。它会根据我们的预制体生成立方体。所以它需要包含一个公共字段来连接一个预置实例。
在场景中添加一个游戏对象，并将此组件附加到上面。然后再创建一个默认的立方体，把它转化成一个预置，并给游戏对象一个它的引用。
1.2 玩家输入
我们会根据玩家的输入来生成立方体，所以游戏必须能够检测到这一点。可以使用Unity的输入系统来检测按键。但哪个键应该被用来产生一个立方体呢?暂定就用C键吧，除此之外，我们还可以通过检查器来配置它，通过在Game中添加一个公共KeyCode枚举字段来实现。当使用赋值来定义字段的时候，使用C作为默认选项。
创建一个key 设置为C
我们可以通过在Update方法中查询静态输入类来检测键是否被按下。Input.GetKeyDown方法返回一个布尔值，该值告诉我们当前帧中是否按下了某个特定的键。如果是这样，我们必须实例化预置。

什么时候Input.GetKeyDown返回true?
它只在key的状态从未按下到按的帧里才会返回true，因为玩家按了键。通常情况下，按键会在几个帧内保持按下状态，直到玩家放开按键，但Input.GetKeyDown只在第一帧中返回true。相比之下,Input.GetKey在键被按下的每一帧都返回true。还有Input.GetKeyUp，它在玩家放开键的帧中返回true。

1.3 随机立方体
在游戏模式下，每次按C键或配置为响应的任意键，我们的游戏都会生成一个立方体。但是看起来我们只能得到一个立方体，这是因为它们最终都位于同一位置。因此，让我们随机化创建的每一个立方体的位置。
跟踪实例化的Transform组件，以便我们可以更改其本地位置。使用静态Random.insideUnitSphere属性获取随机点，将其缩放至5个单位的半径，然后将其用作最终位置。因为这不仅仅是实例化一个对象，所以将其代码放在单独的CreateObject方法中，并在按下键时调用它。
随机放置立方体
现在，立方体在一个球体内部生成，而不是在完全相同的位置生成。它们仍然可能重叠，这无关紧要。但是，它们都是对齐的，看起来不是很有意思。因此，让我们给每个立方体一个随机旋转值，可以直接使用它的静态Random.rotation属性。
随机旋转
最后，我们还可以更改立方体的大小。我们将使用均匀缩放的立方体，因此它们始终是完美的立方体，只是大小不同。静态Random.Range方法可用于获取一定范围内的随机浮点数。我们使用从小尺寸的0.1立方到常规尺寸的1立方。要将此值用于比例尺的所有三个维度，只需将Vector3.one与之相乘，然后将结果分配给local scale即可。
随机不一致的缩放
1.4 开始新游戏
如果要开始新游戏，我们必须退出游戏模式，然后再次进入游戏模式。但这仅在Unity编辑器中可行。玩家则需要退出应用，然后重新启动它才能玩新游戏。如果我们可以在保持游戏模式的同时开始新游戏，那就更好了。
我们可以通过重新加载场景来开始新游戏，但这不是必需的，也可以通过销毁所有生成的立方体。为此可以使用另一个可配置的Key，默认为N。
新游的的key设置为N
检查这个键在Update中是否被按下，如果是，调用一个新的BeginNewGame方法。我们应该一次只处理一个键，所以只有在C键没有按下时才检查N键。
1.5 保持对物体的追踪
我们的游戏现在可以产生任意数量的随机立方体，它们都会被添加到场景中。但是游戏并没有对它产生记忆。如果要摧毁立方体，我们首先需要找到它们。为了实现这一点，我们需要让Game 保持跟踪它实例化的对象的引用列表。

为什么不直接用GameObject.Find呢？
对于简单的情况（在对象之间很容易区分并且场景中没有很多对象），这是可以的。对于较大的场景，依赖GameObject.Find是个差的选择。GameObject.FindWithTag更好，但是如果你知道以后会需要它们，最好的方式就是自己追踪。

我们可以在Game中添加一个数组字段，并用引用填充它，但是我们不能提前知道会创建多少个立方体。幸运的是，System.Collections.Generic命名空间包含一个我们可以使用的List类。它的工作方式类似于数组，只是大小不固定。

List的大小如何动态变化？
在内部，List使用数组存储其内容，并以某种大小对其进行初始化。添加到List中的Item将放入此数组中，直到它满为止。如果还要添加更多Item，List将把整个数组的内容复制到一个新的更大的数组中，并从当下开始使用该数组。我们可以手动执行此数组管理，但List会为我们处理。同样，Unity支持List字段，就像它支持数组字段一样。它们可以通过检查器进行编辑，其内容由编辑器保存，并且在播放模式下可以重新编译。

但是我们不需要普通的List。我们需要的是一个Transform List。实际上，List是要求我们指定其内容的类型。List是一种通用类型，这意味着它的作用类似于特定列表类的模板，每个List类均应该用于具体的内容类型。语法为List
像数组一样，在使用它之前，我们必须确保拥有一个List对象实例。通过在Awake方法中创建新实例来实现。对于数组，我们必须使用新的Transform []。但是因为我们使用的是列表，所以我们需要使用新的List
接下来，每次通过List的Add方法实例化一个新的引用时，向我们的列表添加一个Transform引用。

我们是否必须等到CreateObject结束才添加引用？
不用，可以在拥有引用后立即将引用添加到列表中，因此在将Instantiate结果分配给局部变量之后即可添加。我只是在最后指出，将完全初始化好的内容添加到列表中。

1.6 清空列表
现在，我们可以遍历BeginNewGame中的列表并销毁所有实例化的游戏对象。除了通过Count属性找到列表的长度外，此方法与array相同。
这给我们留下了对销毁对象的引用列表。我们还必须通过调用其Clear方法清空列表来结束它们。
2 保存和加载
如果只支持在单个播放会话中进行保存和加载，那么将一系列转换数据保存在内存中就足够了。在保存时复制所有立方体的位置，旋转和缩放，并在加载时使用记住的数据重置游戏和生成立方体。这样，即使在游戏终止后，真正的保存系统仍能够记住游戏状态。这就要求游戏状态必须保留在游戏外部的某个位置。最直接的方法是将数据存储在文件中。

使用PlayerPrefs如何？
顾名思义，PlayerPrefs的设计考虑了游戏设置和偏好，而不是游戏状态。尽管可以将游戏状态打包为字符串，但这效率低下，难以管理并且无法扩展。

2.1 保存路径
游戏文件的存储位置取决于文件系统。Unity会为我们处理差异，并通过Application.persistentDataPath属性提供具体路径地址。我们可以从该属性中获取文本字符串，并将其存储在Awake的savePath字段中，因此我们只需要检索一次即可。
它为我们提供了文件夹而不是文件的路径。我们需要在路径后附加一个文件名。我们只用saveFile，而不用担心文件扩展名。是否应该使用正斜杠或反斜杠再次将文件名与路径的其余部分分开，取决于操作系统。也可以使用Path.Combine方法为我们处理细节。路径是http://System.IO命名空间的一部分。
2.2 打开文件以便写入
为了能够将数据写入我们的保存文件，我们首先必须打开它。这是通过File.Open方法完成的，可以为其提供一个path参数。它还需要知道为什么我们要打开文件。因为我们要向其中写入数据，如果尚不存在则创建文件，或替换已存在的文件。可以通过提供FileMode.Create作为第二个参数来指定它。这里使用新的Save方法执行此操作。
File.Open返回一个文件流，它本身并没有什么用。我们需要一个可以写入数据的数据流。该数据必须具有某种格式。我们将使用最紧凑的未压缩格式，即原始二进制数据。http://System.IO命名空间具有BinaryWriter类，以实现此目的。使用其构造函数方法创建此类的新实例，并提供文件流作为参数。我们不需要保留对文件流的引用，因此我们可以直接使用File.Open调用作为参数。但我们需要保留对writer的引用，因此将其分配给变量。
现在，我们有一个名为writer的二进制writer变量，它引用一个新的二进制writer。在一个表达式中使用了“ writer”一个词三遍，这有点多了。当我们显式创建新的BinaryWriter时，同样显式声明变量的类型也是多余的。相反，我们可以使用var关键字。这隐式声明了变量的类型以匹配立即分配给它的任何内容，这种情况，编译器知道它的实际类型。
现在，我们有了一个writer变量，它引用了一个新的二进制写程序。它的类型是确定的。

什么时候应该使用var？
var关键字是语法糖，你根本不需要使用它。尽管你可以在编译器可以推断出类型的含义的任何地方使用它，但最好仅在提高可读性且类型明确时才执行此操作。在这些教程中，我仅在使用new关键字声明变量并立即将其分配给变量时使用var。因此，仅在形式为var t = new Type的表达式中。

使用语言集成查询（LINQ）和匿名类型时，var关键字非常有用，但这不在本教程的讨论范围之内。
2.3 关闭文件
如果文件被打开，则必须确保也将其关闭。可以通过Close方法执行此操作，但这并不安全。如果在打开和关闭文件之间出现问题，则可能会引发异常，并且在关闭文件之前可能会终止该方法的执行。我们必须谨慎处理异常，以确保能始终关闭文件。有语法糖可以简化这一过程。将writer变量的声明和赋值放在圆括号中，将using关键字置于其前面，并将代码块置于其后。该变量在该块内可用，就像标准for循环的迭代器变量i一样。
这将确保在代码执行退出该块之后，无论如何，都将正确处理所有writer的引用。这适用于特殊的一次性类型，即writer 和stream都可以。
不用Using的语法糖，该怎么写工作？
在我们的例子中，它看起来像下面的代码。
2.4 写数据
我们可以通过调用写程序的Write方法将数据写到文件中。可以一次写入一个简单的值，例如布尔值，整数等。比如，我们只写实例化了多少个对象。
要实际保存此数据，我们需要调用Save方法。我们将再次通过key控制此操作，在这种情况下，将S作为默认值。
保存键设置为S
进入游戏模式，创建几个立方体，然后按键保存游戏。这将在文件系统上创建一个saveFile文件。如果不确定文件的位置，则可以使用Debug.Log将文件的路径写入Unity控制台。
你会发现该文件包含四个字节的数据。在文本编辑器中打开文件不会显示任何有用的信息，因为数据是二进制的。它可能什么也没有显示，或者可能会将数据解释为怪异的字符。有四个字节，因为这是整数的大小。
除了写入了多少个立方体外，我们还必须存储每个立方体的transform数据。通过遍历对象并写入它们的数据来实现，一次写入一个数字。现在，我们将只限于他们的位置。因此，请按此顺序写入每个立方体位置的X，Y和Z分量。
在四字节块中包含七个立方体位置的文件

为什么不使用BinaryFormatter？
尽管依赖BinaryFormatter可能很方便，但无法仅使用BinaryFormatter序列化游戏对象层次结构，并在以后对其进行反序列化。游戏对象层次结构必须手动重新创建。同样，我们自己编写每一个数据可以使我们完全控制和理解。除此之外，手动写入数据需要较少的空间和内存，速度更快，并且可以更轻松地支持不断发展的保存文件格式。有时，已经发布的游戏在更新或扩展后会大大改变存储的内容。这样，其中一些游戏将无法再加载玩家的旧存档文件。理想情况下，游戏与其所有保存文件版本都应该向后兼容。

2.5 加载数据
要加载刚刚保存的数据，我们必须再次打开文件，这次使用FileMode.Open作为第二个参数。这次不是使用BinaryWriter，而是需要使用BinaryReader。再次使用using语句在新的Load方法中执行此操作。
我们写入文件的第一件事是列表的count属性，因此这也是要读取的第一个内容。使用Reader的ReadInt32方法进行此操作。我们需要明确所读内容，因为没有参数可以明确说明这一点。后缀32表示整数的大小，即四个字节，即32位。也有更大的整数变体，但我们不使用它们。
使用向量设置新实例化的立方体的位置，并将其添加到列表中。
此时，我们可以重新创建保存的所有立方体，但是它们会添加到场景中已经存在的立方体中。为了正确加载以前保存的游戏，我们必须在重新创建游戏之前将其重置。可以通过在加载数据之前调用BeginNewGame来实现。
按下键时让游戏调用Load，默认为L。
加载键设置为L
现在玩家可以保存他们的立方体并在以后加载它们，可以是在同一个游戏会话中，也可以是在另一个会话中。但是因为我们只存储位置数据，没有存储立方体的旋转和缩放。因此，加载的立方体都以预置的默认旋转和缩放结束。

如果在保存任何内容之前加载，会发生什么？
尝试打开一个不存在的文件，这会导致异常。本教程不会费心检查文件是否存在或是否包含有效数据，但我们将在以后的教程中注意这些。

3 抽象存储
尽管我们需要了解读取和写入二进制数据的细节，但这还是很底层的。编写单个3D向量需要三个Write调用。保存和加载对象时，如果我们可以在更高的层次上进行工作，则只需一次方法调用就可以读取或写入整个3D向量，因此会更加方便。另外，如果我们可以只使用ReadInt和ReadFloat，而不用担心我们不使用的所有不同变体，那将是更好的体验。最后，数据是以二进制，纯文本，base-64还是其他编码方法存储都没有关系。游戏不需要知道这些细节。
3.1 游戏数据的读取器和写入器
为了隐藏读取和写入数据的细节，我们将创建自己的读取器和写入器类。让我们从写入器开始，将其命名为GameDataWriter。
GameDataWriter不需要扩展MonoBehaviour，因为我们不会将其附加到游戏对象上。它将充当BinaryWriter的包装器，因此给它一个单一的writer字段。
可以通过新的GameDataWriter（）创建自定义Writer类型的新对象实例。但这只有在我们需要包装一个Writer的情况下才有意义。因此，使用BinaryWriter参数创建一个自定义构造函数方法。这是一个使用其类的类型名称作为其自身名称的方法，该方法还用作其返回类型。它替换了隐式默认构造函数方法。
尽管调用构造函数方法会产生一个新的对象实例，但此类方法不会显式返回任何内容。在调用构造函数之前先创建对象，然后该对象可以进行任何必需的初始化。在我们的例子中，这只是将writer参数分配给对象的字段。由于我为两者使用了相同的名称，因此我必须使用this关键字来明确表示我是在指对象的字段而不是参数。
最基本的功能是编写单个float或int值。为此添加公共Write方法，只需将调用转发给实际的writer。
除此之外，还添加一些方法来写入四元数（用于旋转）和Vector3。这些方法必须写入其参数的所有组件。对于四元数，这是四个组成部分。
接下来，使用与写入器相同的方法创建一个新的GameDataReader类。在这种情况下，我们包装一个BinaryReader。
给它简单地命名为ReadFloat和ReadInt的方法，这些方法将调用转发给ReadSingle和ReadInt32。
还创建ReadQuaternion和ReadVector3方法。以与写入它们相同的顺序阅读它们的组件。
3.2 持久化对象
现在，在Game中写入立方体的transform数据要简单得多。但是，我们可以更进一步。如果Game可以简单地调用writer.Write（objects ）会怎样？那将非常方便！但是需要GameDataWriter知道编写游戏对象的细节。但是需要让写入器保持简单的话，就将其限制为原始值和简单结构体。
我们可以逆向思维一下。游戏不需要知道如何保存游戏对象，这是对象自己的责任。对象所需的全部就是写入器来保存自己。然后游戏可以使用对象 .Save（writer）。
我们的立方体是简单的对象，没有附加任何自定义组件。因此，唯一要保存的是transform组件。让我们创建一个PersistableObject组件脚本，该脚本知道如何保存和加载该数据。它只是扩展了MonoBehaviour，并具有一个公共Save方法和Load方法，分别带有一个GameDataWriter或GameDataReader参数。让它保存变换位置，旋转和缩放，并以相同顺序加载它们。
现在我们的想法是，每一个只能持久保存的游戏对象会附加一个PersistableObject组件。具有多个这样的组件是没有意义的。我们可以通过向类添加DisallowMultipleComponent属性来强制执行此操作。
将此组件添加到我们的立方体预制件中。
可持久化的预制体
3.3 持久化存储
现在我们有了一个持久化对象类型，我们也创建一个PersistentStorage类来保存这样的对象。它包含与Game相同的保存和加载逻辑，不同之处在于，它仅保存和加载单个PersistableObject实例，该实例通过参数提供给公共Save和Load方法。将其设为MonoBehaviour，这样我们就可以将其附加到游戏对象上，并且可以初始化其保存路径。
附加此组件的场景中添加一个新的游戏对象。它代表了我们游戏的持久存储。从理论上讲，我们可以有多个这样的存储对象，用于存储不同的事物或提供对不同存储类型的访问。但是在本教程中，我们仅使用此单个文件存储对象。
存储对象
3.4 可持久化游戏
为了利用新的可持久对象方法，我们必须重写Game。将预制和对象的内容类型更改为PersistableObject。调整CreateObject，使其可以处理此类型更改。然后删除所有特定于读取和写入文件的代码。
我们将让Game依赖PersistentStorage实例来处理存储数据的细节。添加此类型的公共存储字段，以便我们可以为Game提供对存储对象的引用。为了再次保存和加载游戏状态，我们让Game本身扩展了PersistableObject。然后，它可以使用存储加载并保存自身。
通过检查器连接存储。还要重新连接预制件，因为由于字段的类型更改而导致其参考丢失。
Game连接了预制体和存储
3.5 重写方法
现在，当我们保存和加载游戏时，最终将写入和读取主要游戏对象的transform数据。这没用。相反，我们必须保存并加载其对象列表。
我在保存之前加载了游戏对象，而游戏对象的位置又变了呢？
如果此时要加载较旧的保存文件，则最终会数据错位。计数整数将被误认为X位置，第一个保存的位置的X和Y最终将被用作Y和Z位置，然后旋转将被下一个值填充，依此类推。如果保存的位置少于四个，则该文件包含的数据太少，无法加载完整的转换。然后，你会收到一个错误消息，报错说你试图读取文件末尾之外的内容。
不必依赖PersistableObject中定义的Save方法，我们需要使用GameDataWriter参数为Game提供自己的Save Publish版本。在里面，像以前一样编写列表，现在可以使用对象的便捷Save方法。
这还不足以使其正常工作。编译器抱怨Game.Save隐藏了继承的成员PersistableObject.Save。尽管Game可以使用其自己的Save版本，但PersistentStorage只知道PersistableObject.Save。因此它将调用此方法，而不是Game中的方法。为了确保调用正确的Save方法，我们必须显式声明我们重写Game从PersistableObject继承的方法。这是通过将override关键字添加到方法声明中来完成的。
但是，我们不能随意覆盖喜欢的任何方法。默认情况下，编译器不允许这样做。必须通过将virtual关键字添加到PersistableObject中的Save和Load方法声明中来显式启用它。
virtual 关键字是什么意思？

在非常低的层级上，实际上并没有对象或方法。仅存在数据，其中一部分被用作要由CPU执行的指令。除非经过优化，否则方法调用会成为告诉CPU跳转到另一个数据点并从那里继续执行的指令。除此之外，它还可能放置一些参数值。因此，当PersistentStorage调用PersistableObject类型的Save方法时，它成为跳转到固定位置的指令。我们为其传递了一个Game实例（PersistableObject的子类型），完全没有影响。用于调用该方法的对象实例只是另一个参数。
virtual关键字改变了这种方法。编译器不使用硬编码的位置，而是根据所涉及的类型添加指令以查找跳转到的位置。而不是去“使用这个函数，所以总是跳到那里。” 变为“此类型是否包含此方法的跳转目标？如果是，请转到那里。如果否，请检查其直接父类型。重复此操作，直到找到目标为止。” 这种方法称为virtual方法，函数或调用表。因此是虚拟的。它允许子类型覆盖其父类型的功能。
请注意，最终由CPU执行的低级指令的细节可能会有很大差异，特别是在使用Unity的IL2CPP创建本机可执行文件时。在可能的情况下，IL2CPP会消除了虚函数表的使用。
现在，PersistentStorage最终将调用我们的Game.Save方法，即使该方法作为PersistableObject参数传递给了它。也可以让Game覆盖Load方法。
包含了两个transform的文件
下一篇，我们介绍 对象种类 。
本文翻译自 Jasper Flick的系列教程
原文地址：
https://catlikecoding.com/unity/tutorials

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