Game Design patterns, Visitor, State, FSM pattern NHN Next Game Dev project study materials

1. 디자인 패턴 스터디
VISITOR, STATE, FINITE STATE MACHINE

2. VISITOR PATTERN

3. VISITOR PATTERN 언제 쓰는가
• 의도: 클래스를 변경하지 않고 새로운 작업을 정의하는 방법
• 서로 다른 object 들이 모여 있는 배열, 트리, 또는 맵과 같은 집합이 있는데
• 각 object에 대해서 수행할 작업이 존재한다.
• 하지만 각 object 내에서 해당 작업에 대한 코드를 넣고 싶지 않을때
• 그렇다고 각 object의 type을 식별해서 casting 하고 싶지 않을때
• VISITOR PATTERN이 구현된 코드를 통해서 살펴보겠습니다

4. VISITOR PATTERN 구조

5. VISITOR PATTERN 구현 예제
• ELEMENT 추상 클래스
• 자연의 원소(element)들을 이용한 skill을 가지고 게임을 한다고 가정한다
• 원소는 Water, Fire, Air가 있다고 하자
• WATER, FIRE, AIR 클래스는 ELEMENT를 상속받음
• VISITOR 추상 클래스
• Water, Fire, Air에 대해서 visit() 함수를 구현할 수 있도록 virtual 함수 선언
• GET_SKILL_VISITOR 클래스 (VISITOR 상속)
• 각 Element를 획득했을 때 실행될 함수들을 구현
• LOSE_SKILL_VISITOR 클래스 (VISITOR 상속)
• 각 Element를 잃었을 때 실행될 함수들을 구현

6. ELEMENT 추상 클래스
// ELEMENT 추상 클래스
class Element
{
public:
virtual void Accept(Visitor& v) = 0; // 자식들이 Visitor를 받을 수 있도록
virtual void ToString() = 0; // 이건 그냥 화면에 보여주기 위함
};

7. ELEMENT 구현 클래스들
class Water : public Element
{
public:
void Accept(Visitor &v) { v.visit(this); }
void ToString() { printf_s("Watern"); }
};
class Fire : public Element
{
public:
void Accept(Visitor& v) { v.visit(this); }
void ToString() { printf_s("Firen"); }
};
class Air : public Element
{
public:
void Accept(Visitor& v) { v.visit(this); }
void ToString() { printf_s("Airn"); }
};

8. VISITOR 추상 클래스
class Visitor
{
public: // 입력 받을 각 클래스에 따라서 함수 선언
virtual void visit(class Water* element) = 0;
virtual void visit(class Fire* element) = 0;
virtual void visit(class Air* element) = 0;
};

9. VISITOR 구현 클래스들
class GetSkill_Visitor : public Visitor {
virtual void visit(Water* element) {
printf_s("GetSkill ");
element->ToString();
}
virtual void visit(Fire* element) {
printf_s("GetSkill ");
element->ToString();
}
virtual void visit(Air* element) {
printf_s("GetSkill ");
element->ToString();
}
};
class LoseSkill_Visitor : public Visitor {
virtual void visit(Water* element) {
printf_s("LoseSkill ");
element->ToString();
}
virtual void visit(Fire* element) {
printf_s("LoseSkill ");
element->ToString();
}
virtual void visit(Air* element) {
printf_s("LoseSkill ");
element->ToString();
}
};

10. MAIN 함수
Element *elementArr[] = {
new Water(), new Air(), new Fire() // 각 클래스 생성, 배열에 넣기
};
GetSkill_Visitor getSkill; // VISITOR 생성
LoseSkill_Visitor loseSkill; // VISITOR 생성
for (int i = 0; i < 3; i++)
elementArr[i]->Accept(getSkill); // GetSkill VISITOR를 배열의 각 원소에 실행
for (int i = 0; i < 3; i++)
elementArr[i]->Accept(loseSkill); // LoseSkill VISITOR를 배열의 각 원소에 실행

11. 실행 결과

12. VISITOR PATTERN 장단점
• 단점:
• 새로운 클래스를 추가할 때마다, VISITOR 클래스 마다 METHOD를 추가해야 한다
• 클래스 설계 전에 VISITOR 패턴의 사용을 염두에 두고 만들어야 한다
• 이미 만들어진 코드에 적용하면 복잡해질 수 있다
• 장점:
• 클래스 마다 인터페이스가 다를 때, 각 클래스로부터 데이터 얻는 법을 캡슐화 할 수 있음
• 현재 코드가 없거나 코드를 변경할 수 없는 클래스에 대한 기능을 추가할 수 있다
• 서로 관련이 있는 작업들을 하나의 클래스로 묶을 수 있다
• 서로 관련이 없는 클래스들로부터 데이터를 모아서 처리할 수 있게 한다

13. STATE PATTERN

14. STATE PATTERN 언제 쓰는가
• 의도: state가 변하면 object의 동작이 변하도록. 마치 다른 클래스처럼 동작하도록
• 구현방법:
• Wrapper 클래스를 만들어서 외부에는 단일 인터페이스를 노출시킨다
• State 추상 클래스 정의
• State 추상 클래스를 상속받아서 각 state를 정의 및 구현한다
• 현재 state에 대한 pointer를 context 클래스에서 유지한다
• State를 바꾸기 위해서는 state pointer를 바꾼다

15. STATE PATTERN 구조

16. STATE PATTERN 구현 예제
• Player 클래스는 현재 state (super, normal)에 따라서 공격력과 방어력이 달라짐
• Player가 state를 가리키는 wrapper 클래스이며,
• 각 state별로 attack와 defend 함수들이 다르게 작동하도록 만듬

17. PLAYER 클래스
class Player
{
public:
void SetCurrent(State* s)
{
m_Current = s;
}
void Attack() { m_Current->Attack(); }
void Defend() { m_Current->Defend(); }
private:
class State* m_Current;
};

18. STATE 추상 클래스
class State
{
public:
virtual void Attack() = 0;
virtual void Defend() = 0;
};

19. STATE의 구현 클래스들
class SuperMode : public State
{
public:
void Attack() {
printf_s(“2x damage!!n");
}
void Defend() {
printf_s("Armor 2x!n");
}
};
class NormalMode : public State
{
public:
void Attack() {
printf_s(“1x damage...n");
}
void Defend() {
printf_s("Armor none...n");
}
};

20. MAIN 함수
Player myPlayer;
SuperMode superMode;
myPlayer.SetCurrent(&superMode); // 슈퍼 모드르 state 세팅
myPlayer.Attack();
myPlayer.Defend();
NormalMode normalMode;
myPlayer.SetCurrent(&normalMode); // 보통 모드로 state 변경
myPlayer.Attack();
myPlayer.Defend();

21. 출력 결과

22. FINITE STATE MACHINE

23. FSM이 왜 필요?
• 액션 게임을 만들었다고 하자
• 플레이는 방향 키를 밑으로 누르면 앉을
수도 있고 (duck),
• B를 누르면 띌 수도 있다고 하자.
• 그리고 띄는 중에 방향 키를 밑으로 누
르면 다이빙한다고 하자
• 이를 그림으로 나타내면 좌측과 같다

24. FINITE STATE MACHINE 개념
• Fixed set of states
• Machine이 가질 수 있는 상태의 집합은 유한하다 (즉, 가능한 상태들이 정해져 있다)
• 앞의 액션 게임 예제에는, standing, ducking, jumping, diving이다
• 항상 하나의 state에 있어야 함
• 동시에 jumping과 diving을 할 수 없다. State 중복을 막는 것이 FSM 사용 이유
• Input 또는 event를 FSM 에게 보낸다
• Input에 따라서 state가 변할 수 있다 (transitions)

25. FINITE STATE MACHINE 장단점
• 장점
• 제한된 상태를 적용함으로써 복잡한 코드를 간단하게 만든다
• 단점
• 하나의 상태로 모든 것을 관리하기 어렵다
• Concurrent state machines 등 활용

26. FINITE STATE MACHINE 구현
• 앞의 State와 비슷한데, 차이점은
• State 사이의 전환은 State 클래스 자체적으로 한다
• FSM에게 Input또는 Event를 입력하면 FSM이 State전환을 한다