Java Inheritance/OOP - 调用子类型特定的方法，只有父句柄

Question

我正在用 Java 为 Android 游戏编写游戏引擎，我的引擎处理不同形状的碰撞检测。每个形状都是它自己的类（Square、Circle 等），并且派生自一个通用的抽象父 Collidable。我有一个物理管理器类，它基本上检查游戏中的任何现有对象是否与另一个对象发生碰撞，然后在检测到碰撞时执行适当的操作。碰撞检查在每个物理形状子类中实现，如下面的代码所示。

public abstract class Collidable
{
}

public class Square extends Collidable
{
    public boolean Collides(Square) {...}
    public boolean Collides(Circle) {...}
    public boolean Collides(Triangle) {...}
}

public class Circle extends Collidable
{
    public boolean Collides(Square) {...}
    public boolean Collides(Circle) {...}
    public boolean Collides(Triangle) {...}
}

public class Triangle extends Collidable
{
    public boolean Collides(Square) {...}
    public boolean Collides(Circle) {...}
    public boolean Collides(Triangle) {...}
}

public class PhysicsMgr
{
    public boolean Collides(Collidable p1, Collidable p2)
    {
        return p1.Collides(p2);
        // This obviously won't work because there is no Collides
        // method in Collidable. I want it to somehow call the child's
        // method and pass in p2 as its child type rather than as
        // a parent. Or somehow do this:
        return (p1.child()).Collides(p2.child());
            // I know that obviously nothing like this exists.
    }
}

我知道“instanceof”并且真的不想检查 p1 和 p2 的子类型与我拥有的每个碰撞形状。一定会有更好的办法。我正在寻找解决我当前问题的方法，或者最好重新设计我当前的碰撞检测系统以完全避免这个问题。

谢谢！

Answer 1

你应该阅读visitor pattern

Answer 2

首先，我不会让 Collidable 成为一个抽象类。尽管可能有很好的论据；在我看来，这是一种“是”一种情况，很多物体都可以碰撞。

话虽如此，我的建议如下：

// Assuming you're working in 2 dimensions
public class Coordinates {

  public Coordinates(float x, float y) {
     // etc etc etc
  }
}

public interface ICollidable {

  // Using unusually long name to illustrate point,
  // but feel free to rename.
  public int getMaxDistanceFromCenterOfMass(Coordinates unitVector);
  public Coordinates getCenterOfMass();
}

然后，对于 Square、Triangle 和 Circle，我将实现接口。

public class Square implements ICollidable {

  @Override
  public int getMaxDistanceFromCenterOfMass(Coordinates unitVector) {
    // Must declare and initialize
    return this.lengthOfSide;
  }

  @Override
  public Coordinates getCenterOfMass() {
    return this.centerOfMass;
  }
}

public class Circle implements ICollidable {

  @Override
  public int getMaxDistanceFromCenterOfMass(Coordinates unitVector) {
    // Must declare and initialize
    return this.radius;
  }

  @Override
  public Coordinates getCenterOfMass() {
    return this.centerOfMass;
  }
}

public class Triangle implements ICollidable {

  @Override
  public int getMaxDistanceFromCenterOfMass(Coordinates unitVector) {
    // Must declare and initialize
    return this.lengthOfSide;
  }

  @Override
  public Coordinates getCenterOfMass() {
    return this.centerOfMass;
  }
}

然后，在你的 PhysicsMgr...

public class PhysicsMgr {

  public boolean Collides(ICollidable p1, ICollidable p2) {
    Coordinates cm1 = p1.getCenterOfMass();
    Coordinates cm2 = p2.getCenterOfMass();

    int length = Math.sqrt(Math.pow(cm1.x - cm2.x, 2) + Math.pow(cm1.y - cm2.y, 2))

    // It is a misnomer to use coordinates as a unit vector, but if I defined a 
    // UnitVector class, it would be exactly the same with the exception of
    // the class name for this situation.
    Coordinates unitVector = new Coordinates((cm1.x - cm2.x)/length, (cm1.y - cm2.y)/length);

    int collisionDistance1 = p1.getMaxDistanceFromCenterOfMass(unitVector);
    int collisionDistance2 = p2.getMaxDistanceFromCenterOfMass(unitVector);

    return (length - collisionDistance1 - collisionDistance2) <= 0;
  }
}

这里的一个主要警告是，从字面上使用距质心的 maxDistance 只会为您提供正方形和三角形的近似值。确切地说，您必须声明一些方向，theta，并计算从物体的质心到沿单位向量的边缘的距离（这很棘手，但很准确）。

这方面的另一个好处是，随着引擎变得更加复杂，它允许您轻松添加其他可碰撞对象。这也使得所有对象都不必相互了解。

我做了 3 年的物理助教，这实际上是我第一次接触编程的方式。如果您对额外的工作感兴趣，这里是我们使用的书的参考：http://matterandinteractions.org/ 这对程序员来说非常棒，因为它通过使用 Python 中的编码示例（特别是 vpython http://vpython.org/）来教授物理。所以这对于物理编程来说是一个很好的参考。

Answer 3

public boolean Collides(Square) {...}
public boolean Collides(Circle) {...}
public boolean Collides(Triangle) {...}

您将需要对各种形状组合进行单独的实现（我认为，因为没有通用算法）。因此，在某一时刻，需要致电instanceof。恐怕有一个抽象方法或接口方法public boolean Collides(Collidable) 在这里没有帮助，而且你现在拥有的东西也无法得到显着改进。这是 OOP 局限性的教科书案例，因为这些碰撞检测方法不能巧妙地附加到任何形状类，它们介于两者之间，就像你的物理管理器一样。