Day 21 ECS intro

12th鐵人賽

ICEJJ

2020-10-04 18:17:39

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前言

以前呢，讀過Game Programming Patterns這本書，讀完真的是受益良多阿~~。
以前學過C++的繼承之後，在寫大型一點的專案的時候，就會開始無腦的繼承，接著就會遇到循環繼承問題，又或著是繼承鍊長到不行，根本無法維護。
當時就在想，一個大型的遊戲到底是怎麼設計的，一定不可能無腦繼承阿，於是乎讀了這本書之後，才發現原來還有這種方法阿。這幾天就來稍微講講遊戲的實體(Entity)到體是怎麼實現的。

遊戲的本質

遊戲的本質其實就是大量實體(Entity)的行為以及它們之間的交互(Manager)。

但顯然遊戲裡的物件不會只有少少幾個。隨著物件邏輯的膨脹，我們會將相同邏輯的部分進行拆分，而拆分的方法有很多種。

邏輯拆分

繼承

最直觀的寫法就是繼承，當我們的實體需要哪些邏輯的部分，我們就繼承那個部分。

例子

考慮遊戲中
- decoration(裝飾): 不能互動(physis)，可視物品(graphic)
- prop 物件: 可互動，可視物品
- zone 區域: 可互動，不可視物品(當作 trigger)

除了菱形繼承的問題，我們說過，遊戲裡的物件不只有那麼少，當遊戲物件多起來邏輯多起來，如果用繼承來解，祖譜肯定是很可觀的。

組件

比起繼承，組件的靈活度更高。當我們需要那部分邏輯時，我們不再繼承他，而是讓物件擁有他。
這樣不但沒有宏偉的繼承樹，要讓各個實體溝通也就方便許多。

這裡我喜歡稱這些邏輯為component。

遊戲一般到這裡就很OK了，當然偶爾也會用到繼承，但這裡的繼承通常只會讓你更方便(多個虛構層)。在利用組件模式設計時，大概只有在實體間互相邏輯會費較多心思。

我相信利用組件模式寫一些課堂上小專案的作業肯定綽綽有餘。不過你可能還是會遇到一些問題。

也許你實作實體間交互時，你為各個組件間寫了個manager，接著你會思考，同一段邏輯究竟要放在component，還是放在manager
當實作完，你的Entity以及Game loop87%長這樣

class Entity {

public:

    void update() {
    
        physis->update();
        transform->update();
        graphic->update();
    }

private:

    Physis* physis;
    Transform* transform;
    Graphic* graphic;
};

GameLoop() {

    while(running) {
    
        for(int i = 0 ; i < MAX_ENTITES ; i++)
            entityList->update();
    }
}

這裡要說的問題是，這種方法對緩存不有好，CPU在從記憶體抓取資料時會一次抓取一組資料，稱為cache line這樣當CPU處裡完你當前要他處理的資料，要去做下一個時，他會從cache line找，如果找到，就不必浪費時間再去記憶體找。

我們的遊戲存了每個實體的pointer，實體存著每個component的pointer，這樣在遍歷時，會有很多很多的cache miss，這樣會花費很多額外的時間。一個遊戲注重的，除了遊戲本身好不好玩，另外一個就是效能了。大家都知道遊戲的卡頓才是造成人類暴力的原因。

那剛剛提到的兩個問題有甚麼解決方法呢，就是以下的這個方法囉

Entity Component System(ECS)

Entity Component System，簡稱ECS，這裡是指我們會有3個東西-Entity, Component, System-而不是 "Entity Component" System XD。

先上圖了解一下ECS的架構

你問Component去哪了呢?其實就是Data啦

我來說明一下以上的東西

Data: 其實就是Component，不一樣的地方在於，這次他不會存在任何邏輯，他存的僅僅只有data

struct Transform {

    float posX_;
    float posY_;
    float scale_;
}

System: 放邏輯的地方，所有的邏輯都放在這裡
Entity: Data跟Logic都發出去了那還剩甚麼，Entity還真的甚麼都沒有，他僅僅是一個ID，想想看，我們一群component要怎麼知道我們屬於哪個Entity?ID就好了。所以Entity其實就是Data溝通的橋樑，常常Entity只是一個int而已