在Unity中玩转表达式树：解锁游戏逻辑的动态魔法


在Unity中玩转表达式树：解锁游戏逻辑的动态魔法

在Unity 2021 LTS版本中，结合Burst Compiler可以将表达式树编译后的委托性能提升至接近原生C++代码水平，特别适合高频调用的游戏系统（如物理伤害计算、AI决策等）

参考：git-amend

Expression

一、为什么要学习表达式树？

传统Unity开发面临三大痛点：

  1. 逻辑固化 - 编译后无法修改行为逻辑
  2. 组件强耦合 - GameObject之间依赖关系复杂
  3. 动态性不足 - 难以实现运行时逻辑热替换

表达式树(Expression Trees)技术通过将代码转换为可操作的数据结构，完美解决了这些问题。它允许我们：

  • 运行时动态构建逻辑运行时动态构建逻辑
  • 实现组件间的弱耦合通信实现组件间的弱耦合通信
  • 支持可视化配置游戏行为支持可视化配置游戏行为

二、核心应用场景

  1. 动态技能系统

  2. 数据驱动AI

    • 通过JSON配置行为树
    • 运行时解析并生成表达式
    • 实现无需重新编译的AI逻辑更新

  3. MOD支持系统

    • 玩家自定义逻辑脚本
    • 安全沙箱运行表达式
    • 实时加载玩家创作内容

三、实战演示

一、 属性获取器

传统模式缺陷：

 
 
 
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public int GetPlayerStat(Player p, string statName)
{
    switch(statName)
    {
        case "Health": return p.Health;
        case "Mana": return p.Mana;
        // 每新增一个属性需要修改此处
    }
}
 

表达式树：

 
 
 
xxxxxxxxxx
 
 
 
 
using System;
using System.Linq.Expressions;
using UnityEngine;


public class ExpressionTreeDemo : MonoBehaviour {


    void Start() {


        Player player = new () { Health = 100 };


        Func<Player, int> healthProperty = CreatePropertyGetter<Player, int>("Health");


        Debug.Log($"Player Health: {healthProperty(player)}");


    }




    public int GetPlayerStat(Player player, string statName) {


        Func<Player, int> propertyGetter = CreatePropertyGetter<Player, int>(statName);


        return propertyGetter(player);


    }




    public Func<T, TProperty> CreatePropertyGetter<T, TProperty>(string propertyName) {


        ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(T), "x");


        MemberExpression property = Expression.Property(param, propertyName);


        Expression<Func<T, TProperty>> lambda = Expression.Lambda<Func<T, TProperty>>(property, param);


        return lambda.Compile();


    }


}












 







应用场景：获取对象属性 技术要点：


    

  1. 属性访问表达式属性访问表达式：Expression.Property
    2. 



二、条件触发系统




 


 


 














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public class ConditionTrigger : MonoBehaviour 




{


    public string ConditionExpression = "Player.Health.CurrentHP < 0.3";


    public GameObject ContextObject;




    private Func<GameObject, bool> _compiledCondition;


    private static Dictionary<string, Func<GameObject, bool>> _cache = new();




    void Start()


    {


        if (!_cache.TryGetValue(ConditionExpression, out _compiledCondition))


        {


            var elements = ConditionExpression.Split('.');


            var rootObj = Expression.Parameter(typeof(GameObject), "context");


            Expression accessChain = rootObj;


            foreach (var element in elements.Skip(1))


            {


                accessChain = Expression.PropertyOrField(accessChain, element);


            }




            var conditionExpr = BuildComparison(accessChain, "<", Expression.Constant(0.3f));


            _compiledCondition = Expression.Lambda<Func<GameObject, bool>>(conditionExpr, rootObj).Compile();


            _cache[ConditionExpression] = _compiledCondition;


        }


    }




    void Update()


    {


        if (_compiledCondition(ContextObject))


        {


            Debug.Log("触发条件！");


        }


    }




    private Expression BuildComparison(Expression left, string operatorStr, Expression right)


    {


        return operatorStr switch


        {


            "<" => Expression.LessThan(left, right),


            ">" => Expression.GreaterThan(left, right),


            "==" => Expression.Equal(left, right),


            "!=" => Expression.NotEqual(left, right),


            "<=" => Expression.LessThanOrEqual(left, right),


            ">=" => Expression.GreaterThanOrEqual(left, right),


            _ => throw new NotSupportedException($"不支持的运算符: {operatorStr}")


        };


    }


}












 







应用场景：动态游戏事件触发 优势对比：





传统方式表达式树方案





硬编码条件判断
支持运行时修改条件逻辑




需要预定义所有情况
可通过配置文件动态加载






三、行为链组合




 


 


 














xxxxxxxxxx




 


 






 


 


using System;




using System.Collections.Generic;


using System.Linq;


using System.Linq.Expressions;


using UnityEngine;




// 使用示例


public class ComboExample : MonoBehaviour


{


    private ComboSystem _comboSystem;




    void Start()


    {


        _comboSystem = new ComboSystem();




        // 添加连招动作


        _comboSystem.ActionExpressions.Add(GetComboExpression(typeof(AttackAnimation), nameof(AttackAnimation.Play), Expression.Constant("SwordSwing")));


        _comboSystem.ActionExpressions.Add(GetComboExpression(typeof(EffectsManager), nameof(EffectsManager.Spawn), Expression.Constant("SwordHit")));


        _comboSystem.ActionExpressions.Add(GetComboExpression(typeof(AttackAnimation), nameof(AttackAnimation.Play), Expression.Constant("SwordSwing2")));


        _comboSystem.ActionExpressions.Add(GetComboExpression(typeof(DamageCalculator), nameof(DamageCalculator.Apply), Expression.Constant(new Vector3(0, 1, 0)), Expression.Constant(100f)));




        // 执行连招


        _comboSystem.ExecuteCombo();


    }




    Expression<Action> GetComboExpression(Type type, string methodName, params Expression[] args)


    {


        return Expression.Lambda<Action>(Expression.Call(type, methodName, null, args));


    }


}




public class ComboSystem


{


    // 存储动作表达式的列表


    public List<Expression<Action>> ActionExpressions = new();




    // 执行连招


    public void ExecuteCombo()


    {


        // 构建复合表达式


        var comboBlock = Expression.Block(


            ActionExpressions.Select(exp => exp.Body)


        );




        // 创建最终的表达式


        //Compile() 方法将 Lambda 表达式编译为可执行的委托。


        //Invoke() 方法调用该委托，从而执行块中的所有表达式。


        var finalExpr = Expression.Lambda<Action>(comboBlock);


        finalExpr.Compile().Invoke(); // 执行连招


    }


}




// 示例动作类


public class AttackAnimation


{


    public static void Play(string animationName)


    {


        Debug.Log($"播放动画: {animationName}");


    }


}




public class EffectsManager


{


    public static void Spawn(string effectName)


    {


        Debug.Log($"生成特效: {effectName}");


    }


}




public class DamageCalculator


{


    public static void Apply(Vector3 position, float damage)


    {


        Debug.Log($"应用伤害: {damage} 到位置: {position}");


    }


}




//生成特效: SwordHit


//播放动画: SwordSwing2


//应用伤害: 100 到位置: (0.00, 1.00, 0.00)












 









Expression.Block:


Expression.Block 是一个非常强大的功能，它允许我们将多个表达式组合成一个块（block），并在执行时按顺序执行这些表达式。




 


四、运行时状态机




 


 


 














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using System;




using System.Linq.Expressions;


using System.Reflection;


using UnityEngine;


using Object = UnityEngine.Object;




public class EnemyStateMachine : MonoBehaviour {


    


    //定义状态机委托，以Enemy和Hero为参数，返回一个以Enemy和Hero为参数的空方法


    //它会根据英雄的状态（如生命值和距离）返回一个相应的行为函数。


    Func<Enemy, Hero, Action<Enemy, Hero>> stateEvaluator;


    //存储当前行为函数


    Action<Enemy, Hero> behavior;


    Enemy enemy;


    Hero hero;




    void Start() {


        enemy = FindObjectOfType<Enemy>();


        hero = FindObjectOfType<Hero>();


        stateEvaluator = CreateDynamicStateMachine();


    }




    void Update() {


        //获取当前行为


        behavior = stateEvaluator(enemy, hero);


        //执行当前行为


        behavior(enemy, hero);


        


        Debug.Log("Enemy Aggression Level:", enemy.AggressionLevel);


    }




    public Func<Enemy, Hero, Action<Enemy, Hero>> CreateDynamicStateMachine() {


        //定义参数表达式


        ParameterExpression enemyParam = Expression.Parameter(typeof(Enemy), "enemy");


        ParameterExpression heroParam = Expression.Parameter(typeof(Hero), "hero");


        


        //定义一个二元表达式


        BinaryExpression heroLowHealth = Expression.LessThan(


            Expression.Property(heroParam, "Health"),


            Expression.Constant(30)


        );


        BinaryExpression heroNear = Expression.LessThan(


            Expression.Property(heroParam, "Distance"),


            Expression.Constant(10f)


        );


        


        Debug.Log($"HeroLowHealth{heroLowHealth}");


        Debug.Log($"HeroNear{heroNear}");


        


        var attack = CreateActionExpression("Attack").Compile();


        var taunt = CreateActionExpression("Taunt").Compile();


        var patrol = CreateActionExpression("Patrol").Compile();


        


        //条件表达式，如果heroNear为真则执行taunt，否则执行patrol


        ConditionalExpression tauntOrPatrol = Expression.Condition(heroNear, Expression.Constant(taunt), Expression.Constant(patrol));


        ConditionalExpression finalCondition = Expression.Condition(heroLowHealth, Expression.Constant(attack), tauntOrPatrol);


        


        //


        var lambda = Expression.Lambda<Func<Enemy, Hero, Action<Enemy, Hero>>>(finalCondition, enemyParam, heroParam);


        return lambda.Compile();


    }


    


    Expression<Action<Enemy, Hero>> CreateActionExpression(string methodName) {


        ParameterExpression enemyParam = Expression.Parameter(typeof(Enemy), "enemy");


        ParameterExpression heroParam = Expression.Parameter(typeof(Hero), "hero");


        


        MethodInfo method = typeof(Enemy).GetMethod(methodName, new[] { typeof(Hero) });


        


        MethodCallExpression call = Expression.Call(enemyParam, method, heroParam);


        return Expression.Lambda<Action<Enemy, Hero>>(call, enemyParam, heroParam);


    }


}












 







CreateDynamicStateMachine


    

  • 

    参数定义：定义了两个参数 enemyParam 和 heroParam，用于表示敌人和英雄。
    

    • 

  • 

    条件表达式：
    

    • 

  • 

    heroLowHealth: 检查英雄的生命值是否低于 30。
    

      

    • heroNear: 检查英雄与敌人的距离是否小于 10。
      • 

    

    • 

  • 

    行为选择：
    

    • 

  • 

    使用 CreateActionExpression 方法创建 Attack、Taunt 和 Patrol 行为的表达式。
    

      

    • 使用 Expression.Condition 创建条件表达式，根据条件选择行为。
      • 

    

    • 

  • 

    返回 Lambda 表达式：最终返回一个 Lambda 表达式，接受 Enemy 和 Hero 作为参数，并返回相应的行为函数。
    

    • 



CreateActionExpression


    

  • 参数定义：定义 enemyParam 和 heroParam。
    • 

  • 获取方法信息：使用反射获取 Enemy 类中与 methodName 相对应的方法。
    • 

  • 创建方法调用表达式：使用 Expression.Call 创建方法调用表达式，并返回一个 Lambda 表达式。
    • 












            

            
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2025-02-22 17:42 
世纪末の魔术师 
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