code-doc-ecs

介绍

ECS，即 Entity-Component-System（实体-组件-系统）的缩写，其模式遵循组合优于继承原则，游戏内的每一个基本单元都是一个实体，每个实体又由一个或多个组件构成，每个组件仅仅包含代表其特性的数据（即在组件中没有任何方法），例如：移动相关的组件MoveComponent包含速度、位置、朝向等属性，一旦一个实体拥有了MoveComponent组件便可以认为它拥有了移动的能力，系统便是来处理拥有一个或多个相同组件的实体集合的工具，其只拥有行为（即在系统中没有任何数据），在这个例子中，处理移动的系统仅仅关心拥有移动能力的实体，它会遍历所有拥有MoveComponent组件的实体，并根据相关的数据（速度、位置、朝向等），更新实体的位置。

实体与组件是一个一对多的关系，实体拥有怎样的能力，完全是取决于其拥有哪些组件，通过动态添加或删除组件，可以在（游戏）运行时改变实体的行为。

ecs架构图

先有一个World，它是系统和实体的集合，而实体就是一个ID，这个ID对应了组件的集合。组件用来存储游戏状态并且没有任何行为，系统拥有处理实体的行为但是没有状态。

ECS中的E、S、C

Entity：实体

实体只是一个概念上的定义，指的是存在你游戏世界中的一个独特物体，是一系列组件的集合。为了方便区分不同的实体，在代码层面上一般用一个ID来进行表示。所有组成这个实体的组件将会被这个ID标记，从而明确哪些组件属于该实体。由于其是一系列组件的集合，因此完全可以在运行时动态地为实体增加一个新的组件或是将组件从实体中移除。比如，玩家实体因为某些原因（可能陷入昏迷）而丧失了移动能力，只需简单地将移动组件从该实体身上移除，便可以达到无法移动的效果了。

// 注：括号前为实体名，括号内为该实体拥有的组件
Player(Position, Sprite, Velocity, Health)
Enemy(Position, Sprite, Velocity, Health, AI)
Tree(Position, Sprite)

Component：组件

一个组件是一堆数据的集合，可以使用C语言中的结构体来进行实现。它没有方法，即不存在任何的行为，只用来存储状态。一个经典的实现是：每一个组件都继承（或实现）同一个基类（或接口），通过这样的方法，我们能够非常方便地在运行时动态添加、识别、移除组件。每一个组件的意义在于描述实体的某一个特性。例如，PositionComponent（位置组件），其拥有x、y两个数据，用来描述实体的位置信息，拥有PositionComponent的实体便可以说在游戏世界中拥有了一席之地。当组件们单独存在的时候，实际上是没有什么意义的，但是当多个组件通过系统的方式组织在一起，才能发挥出真正的力量。同时，我们还可以用空组件（不含任何数据的组件）对实体进行标记，从而在运行时动态地识别它。如，EnemyComponent这个组件可以不含有任何数据，拥有该组件的实体被标记为“敌人”。

根据实际开发需求，这里还会存在一种特殊的组件，名为 Singleton Component （单例组件），顾名思义，单例组件在一个上下文中有且只有一个。具体在什么情况下使用下文系统一节中会提到。

// 注：括号前为组件名，括号内为该组件拥有的数据
PositionComponent(x, y)
VelocityComponent(X, y)
HealthComponent(value)
PlayerComponent()
EnemyComponent()

Singleton Component

单利组件，跟单例模式差不多，指整个游戏世界中有且只有一个实体拥有该组件，并且希望各系统能够便捷的访问到它，经过一些处理，在任何系统中都能通过类似world->GetSingletonInput()的方法来获得该组件引用。

System：系统

系统便是ECS架构中用来处理游戏逻辑的部分。何为系统，一个系统就是对拥有一个或多个相同组件的实体集合进行操作的工具，它只有行为，没有状态，即不应该存放任何数据。举个例子，游戏中玩家要操作对应的角色进行移动，由上面两部分可知，角色是一个实体，其拥有位置和速度组件，那么怎么根据实体拥有的速度去刷新其位置呢，MoveSystem（移动系统）登场，它可以得到所有拥有位置和速度组件的实体集合，遍历这个集合，根据每一个实体拥有的速度值和物理引擎去计算该实体应该所处的位置，并刷新该实体位置组件的值，至此，完成了玩家操控的角色移动了。

例如移动系统可以得到所有拥有位置和速度组件的实体集合，因为一个实体同时拥有位置和速度组件，我们便认为该实体拥有移动的能力，因此移动系统可以去刷新每一个符合要求的实体的位置。这样做的好处在于，当我们玩家操控的角色因为某种原因不能移动时，我们只需要将速度组件从该实体中移除，移动系统就得不到角色的引用了，同样的，如果我们希望游戏场景中的某一个物件动起来，只需要为其添加一个速度组件就可以。

一个系统关心实体拥有哪些组件是由我们决定的，通过一些手段，我们可以在系统中很快地得到对应实体集合。

UtilityFunction

系统这里比较麻烦，还存在一个常见问题：由于代码逻辑分布于各个系统中，各个系统之间为了解耦又不能互相访问，那么如果有多个系统希望运行同样的逻辑，该如何解决，总不能把代码复制 N 份，放到各个系统之中。UtilityFunction（实用函数）便是用来解决这一问题的，它将被多个系统调用的方法单独提取出来，放到统一的地方，各个系统通过 UtilityFunction 调用想执行的方法，同系统一样， UtilityFunction 中不能存放状态，它应该是拥有各个方法的纯净集合。