Unity3D游戏开发之C#编程中常见数据结构的比较

Posted 2021-12-07 spiderljx

一．前言  

Unity3D是如今最火爆的游戏开发引擎，它可以让我们能轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型的互动内容。它支持2D/3D游戏开发，据不完全统计，目前国内80%的手机游戏都是用Unity3D开发。

由于Unity3D在开发过程中使用最多的是C# 语言，所以就要合理的使用C#提供的一些数据结构是非常有必要的，合理的选择数据结构可以加快开发速度，提高游戏运行性能，不合理的使用数据结构则会导致游戏运行性能降低，加大开发复杂程度！

先通过表格看看常用的数据结构：

C#常用数据结构	中文名
Array	普通数组
ArrayList	数组集合
List<T>	泛型数组
LinkList<T>	泛型链表
Stack	栈
Queue	队列
HashTable	哈希表
Dictionary<K,T>	字典

然后先大概了解这些数据结构的用法。

二．数据结构之间比较和部分使用案列

1.数组（Array）在一般的编程中较为常见，是最简单的数据结构之一，具有三个特点：数组存储的数据都是在连续的内存单元上，数组中的元素都是同一类型,数组可通过下标直接访问。缺点是数组是连续存储，在两个元素之间插入新的元素时很不方便，在创建数组时必须指定长度或初始化元素，就会面临溢出或内存浪费的问题。2.ArrayList就可以解决Array带来的一些缺点：无需指定大小或初始化元素。可以动态的插入数据元素，无需考虑溢出或浪费内存的事。ArrayList可以存储不同数据类型的原因是由于把所有类型都当作Object类型来处理，使用时很有可能会发生类型不匹配的问题，这也就说明ArrayList是类型不安全的数据结构，在频繁的进行读写（装箱拆箱）操作ArrayList的过程中会产生额外的开销，导致性能下降，所以在开发过程中使用ArrayList较少！

3.为了解决ArrayList不安全类型与装箱拆箱的缺点，List<T>作为一种新的数组类型引入，继承了ArrayList的一些优点，且确保了类型的安全，因无需进行装箱拆箱操作，因此List<T>是高性能的，所以List<T>在游戏开发过程中经常用到的数组类型。以下是List<T>的简单操作：

List<string>  Lstr=new List<string>();

Lstr.Add(“元素一”);   // 插入数据元素

Lstr[0]=“元素二”;     // 修改数据元素

Lstr.RemoveAt(0);       // 移除数据元素

在Unity3D游戏开发中，我们可以使用List<GameObject>来存储游戏对象,比如在射击游戏中的子弹，或角色扮演游戏中的NPC，都可以使用List<GameObject>进行存储。

4.LinkList<T>的特点是链中的每一个元素都指向下一个元素，这样救构成了一条链。在插入和删除某个数据元素时时间复杂度都为O（1）。

5.Stack(栈)的特点是先进后出。

6.Queue（队列）的特点是先进先出。

7.我通过游戏开发中的用法来介绍哈希表的使用和它的一些特点。在游戏开发过程中，我们通常会涉及到通过游戏角色的ID来正确匹配英雄角色，所以每个英雄角色都要有自己唯一的ID，每个英雄角色的ID和他们的角色名进行一一对应，那么，我们就可以使用哈希表进行存储这种数据，假设有如下信息：

序号	ID	角色名称
1	2059	亚瑟
2	“2060”	妲己
3	“ABC”	后羿
4	2061.5	宫本武藏

使用哈希表存储的代码如下：

Hashtable Hero = new Hashtable ();

         // Hero.Add (key,value);

         Hero.Add (2059,"亚瑟");        //插入第1个元素

         Hero.Add (“2060”,"妲己");        //插入第2个元素

         Hero.Add (“ABC”,"后羿");        //插入第3个元素

         Hero.Add (2061.5,"宫本武藏");    //插入第4个元素

 

         //  通过key访问value

         if (Hero.ContainsKey (“2060”)) {

            Debug.Log ("该队伍中包含妲己");

         } else {

          Debug.Log ("该队伍中不包含妲己");

         }

通过以上的代码可以发现哈希表可以接收任意类型值作为key(key和value的类型都为object类型),其实这就体现出哈希表类型不安全。

8.为了解决哈希表类型不安全，我们可以使用Dictionary<K,T>来存储数据，可以将上面的代码改写成下面代码：

Dictionary<int ,string> Hero = new Dictionary<int, string> ();

// Hero.Add (int key,string value);

Hero.Add (2059,"亚瑟");        //插入第1个元素

Hero.Add (2060,"妲己");        //插入第2个元素

Hero.Add (2061,"后羿");        //插入第3个元素

Hero.Add (2062,"宫本武藏");    //插入第4个元素

//  通过 key（int）访问value(string)

if (Hero.ContainsKey (2061)) {

      Debug.Log ("该队伍中包含后羿");

} else {

      Debug.Log ("该队伍中不包含后羿");

}

对比哈希表，字典保证了类型的安全，但世界上并不存在十全十美的东西，代码也是如此，字典通过空间换时间，通过更多的内存开销来满足对速度的追求。在创建字典时，可以传入一个字典容量值，但在实际使用时并非该值，而是使用不小于该值的最小质数最为它的实际容量，所以字典容量的最小值是3。且当有了实际容量后，并非直接实现索引，而是通过创建了两个额外的Array数组来实现间接的索引。面临的情况就是，即便创建了一个空的字典，伴随而来的是两个长度为3的数组。所以当处理的数据不多时，慎重使用字典。

三．总结

     在游戏开发过程中，很多情况下使用普通数组也是可以的，数据结构的选取需要考虑数据的大小和使用场景才能合理的存储和处理该数据。优秀的程序员需要考虑机器运行的性能，合理的选择一些数据结构可以提高程序运行性能和降低开发复杂度。