设计一个简单的游戏引擎

guoxiaomi

以下是我对游戏引擎的一些理解。

当我想到游戏引擎的各个组分时，很快脑子里就浮现出下面的画面：


一个引擎应该要有处理逻辑、画面、音乐等等部分，然后还要有数据池用来存放数据。为了提高并行度，可能还有任务池，让一些任务能在并行的执行。

提到并行，自然就会想到多线程了。比如，把逻辑、画面、音乐分别放到不同的线程里处理。这些线程会各自管理自己的独有数据，但是也可以被其他的线程所操作：

如果有的功能耗时很长需要异步处理，就需要一个任务队列。这样线程A可以给线程B“布置”任务，布置结束后就继续执行自己的。任务会加入到线程B的任务队列，会按照先来后到的顺序依次执行。

进一步抽象，一个线程需要的东西包括：1) 数据库 2) 任务队列 3) 任务的执行方式。再额外加上一个 4) 暂停标记，用来暂停、恢复线程的运行（有时候布置的任务需要等待其他的线程完成了才能继续）：


这个时候，游戏引擎的主干框架就完成了。每个线程，无论是处理逻辑、画面、音乐还是网络，无非就是上面的1-3条有所不同，只需要设计好特定的数据类型、任务类型和执行方式，填入到这个框架里即可。比如：

线程功能	数据库	可执行的任务	任务执行方式
逻辑	游戏数据	获取网络资源数据	每1/60s：更新逻辑，处理队列任务，处理用户输入，呼叫渲染线程绘制画面
绘制	图片资源	加载资源、释放资源、绘制画面	立刻执行队列里的任务
音乐	音乐资源	加载资源、释放资源、播放音乐	立刻执行队列里的任务
网络	网络数据	访问网站、下载内容	收到逻辑线程的下载任务通知，下载完毕后发送通知给逻辑线程

还有一点要注意的是，线程间的同步问题。当绘制线程在绘制画面时，可能要读取玩家在画面上的坐标，而这个数据其实是由逻辑线程保管的。所以可以这样处理：
1. 逻辑线程通知绘制线程可以开始干活
2. 逻辑线程暂停自己
3. 绘制线程访问逻辑线程的数据，绘制画面
4. 绘制线程恢复逻辑线程的运行

这就是前面提到的暂停标记的作用，它可以用来保证只有一个线程会访问数据。

这样的设计就足够简单了吧？接下给出这个主干框架的一个C++实现： asxp.zip (313.76 KB, 下载次数: 28)

2021-12-8 00:05 上传

点击文件名下载附件

内含main.exe是gcc编译的，需要C++20（感受模板元编程的威力吧）。这个C++实现的主干框架，最大的特色在于拥有所谓的零开销抽象，并且没有内存泄漏的问题（new操作符没出现）。

在设计好特定的数据类型、任务类型和执行方式后，只需要组合这些类型，告知每一个线程需要管理哪些数据、处理哪些任务以及具体的执行者，程序就完成了，只要40行代码：

main.h + main.cpp

guoxiaomi

经过一段时间的开发，RGModern的1.0.0候选版本发布了。提供了范例工程，文档还在完善中……

点击下载 完整测试工程，或https下载

工程内部的Game.exe可以代替原版Game.exe使用，Gamew.exe则内嵌了加密的Data文件夹，用来测试数据加密的效果。

项目已开源，github仓库地址：https://github.com/gxm11/RGModern

kirh_036

控帧改为等待信号实现

写了个demo，验证windows下的WaitableTimer和STL sleep_for，结果令人很意外很失望。

源码：

1. #include <Windows.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <thread>
   
4. #include "SDL.h"
   
5. 
   
6. int main(int argc, char* argv[])
   
7. {
   
8.     uint64_t frequency = SDL_GetPerformanceFrequency();
   
9. #if 1
   
10.     HANDLE waitable_timer = CreateWaitableTimerW(
    
11.         nullptr,
    
12.         TRUE,
    
13.         nullptr);
    
14.     while (waitable_timer)
    
15.     {
    
16.         uint64_t before = SDL_GetPerformanceCounter();
    
17. 
    
18.         LARGE_INTEGER delay;
    
19.         delay.QuadPart = -1E7 / 60;
    
20.         SetWaitableTimer(
    
21.             waitable_timer,
    
22.             &delay,
    
23.             0, nullptr, nullptr, FALSE
    
24.         );
    
25.         WaitForSingleObject(waitable_timer, INFINITE);
    
26. 
    
27.         uint64_t after = SDL_GetPerformanceCounter();
    
28.         printf("call: %lld, real: %llu, error: %lld\n", -delay.QuadPart, after - before, llround(0.L + after - before + delay.QuadPart));
    
29.     }
    
30. #else
    
31.     while (true)
    
32.     {
    
33.         uint64_t before = SDL_GetPerformanceCounter();
    
34. 
    
35.         long long delay = 1E7 / 60;
    
36.         std::this_thread::sleep_for(std::chrono::nanoseconds(delay * 100));
    
37. 
    
38.         uint64_t after = SDL_GetPerformanceCounter();
    
39.         printf("call: %lld, real: %llu, error: %lld\n", delay, after - before, llround(0.L + after - before - delay));
    
40.     }
    
41. #endif
    
42.     return 0;
    
43. }

复制代码

运行结果：
WaitableTimer



STL sleep_for



结论：
WaitableTimer的精度实际上和STL sleep_for一样，都是15ms左右（具体数字取决于操作系统的调度时间片）的粒度。

P.S.：github不好发图，就借楼发了

miantouchi

这个RGM能跨平台打包安卓吗？

guoxiaomi

因为三次元的一些事情，发布推迟到12月。

heipai

可以直接为您开一个新版块，然后版块内全是大家用您的引擎做的游戏
想想就牛了，膜拜一波
可惜我64位

guoxiaomi

最近写这个引擎烧掉了我大量的脑细胞，不过终于写完了！

给大家一个demo供测试吧： RGModern-Project1.zip (5.77 MB, 下载次数: 21)

2022-9-5 12:29 上传

点击文件名下载附件

与前面的版本不同，这个demo是32位的程序（ruby也是32位的），工程是默认的空工程，附带了001-system01.wav文件。

差不多就是这样了，等到10月份我会把项目整理好，开源到github上。

已知bug：
1. 战斗测试无渐变效果

pporder

太秀了，狠狠膜拜

kirh_036

xp的好时代，来临力

guoxiaomi

V0.7.2版本

度盘链接: https://pan.baidu.com/s/1lHGJKm8uIqbrX9nbYU9LLQ?pwd=3bk3
提取码: 3bk3

1. 重写了music和sound的实现，修复了音频的一些bug，目前切换me还是偶有爆破音，有待进一步调整。
2. 非release版本现在可以读取命令行里的debug，btest和-v。
3. 添加了宏RGMLOAD，用来将ruby的VALUE转换成特定类型的变量。

接下来会添加输入法的功能，然后加上F1菜单。

但是接下来的更新速度就不能保证了，因为从明天开始我就要上班赚钱了XD，我的计划是10月完成alpha版本供测试，年底修复完反馈的bug发布正式版。