前言
高实时性是游戏区别于传统软件、应用的一个重要特征，游戏里通常有一个比较高频率的循环在处理用户输入、物理逻辑更新、业务逻辑更新以及图形渲染等工作,以保证这种实时性的要求。我们把每一次循环叫做一帧，把每秒钟游戏更新的帧数称作“帧率(Frame Per Second)”,也就是常说的FPS。电影的帧率通常是24FPS，cocos2d-x默认的帧率是60FPS,VR游戏中对帧率的要求则更高,通常至少要达到70~80FPS. cocos在默认情况下，每秒会进行60次游戏循环。本文将对cocos2d-x引擎中每一帧里面做了哪些事情进行介绍，总结每一帧中的几个关键操作，及它们在时间上的先后顺序。以win32环境为例，讲解一个游戏的主循环的控制流程。
窗口的创建及OpenGL初始化
in 2.X (2.2.3)
在win32平台上的cocos游戏其实就是一个win32窗口程序，跟其他应用程序一样，游戏的启动点也是在main函数里，所以要从main.cpp为起点，查看游戏的启动过程：
int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance,HINSTANCE hPrevInstance,LPTSTR lpCmdLine,int nCmdShow)
{
UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);
// 创建一个CCApplication(子类)对象app
AppDelegate app;
// 创建windows窗口，在窗口的创建过程中会初始化OpenGL.
CCEGLView* eglView = CCEGLView::sharedOpenGLView();
eglView->setViewName("hello");
eglView->setFrameSize(480,320);
// 调用app的run方法，启动游戏循环
return CCApplication::sharedApplication()->run();
}
- AppDelegate app
这一行代码，创建了游戏中唯一的一个CCApplication单例，这个单例声明的是CCApplication*类型，但是绑定到的是子类Appdelegate app这个对象，是典型的“声明父类，new子类”的多态方式，可以从CCApplication的构造函数看到这一过程：
// sharedApplication pointer 一个父类对象的指针 CCApplication*
CCApplication * CCApplication::sm_pSharedApplication = 0;
CCApplication::CCApplication()
: m_hInstance(NULL),m_hAccelTable(NULL)
{
m_hInstance = GetModuleHandle(NULL);
m_nAnimationInterval.QuadPart = 0;
CC_ASSERT(! sm_pSharedApplication);
// 在构造的时候，单例指针指向了this,
// 由于代码里只是显示创建了Appdelegate app这个对象，而没有创建CCApplication类型的对象，因此这个this其实是在创建子类对象的地址
// 相当于这样写，CCApplication * app = new Appdelegate();
sm_pSharedApplication = this;
}
所以游戏中唯一的CCApplication对象是其子类Appdelegate类型的. 对其虚函数的调用也都将在运行时绑定到对Appdelegate方法的调用.
- CCEGLView的创建
如果你写过win32窗口程序的话，CCEGLView这个类的结构你就会一目了然，它创建了一个windows窗口(CCEGLView::Create方法)，并在其窗口过程函数中(CCEGLView::WindowProc)处理鼠标、键盘等操作，以完成触摸模拟等事件。同时，它作为游戏的窗口部分，负责OpenGL相关的操作: 初始化,销毁OpenGL(CCEGLView::initGL,CCEGLView::destroyGL),交换缓冲区swapBuffers,设置openGL视口setViewPortInPoints,设置OpenGL裁减setScissorInPoints,以及对缩放因子和屏幕分辨率的设置.
其中对OpenGL的功能用到了: 1. wgl API: windows系统上的OpenGL与窗口系统之间的API接口; *2. glew: OpenGL扩展功能检测库，glew提供了一种高效的运行时机制来判断目标平台是否支持某些OpenGL扩展功能*
- 游戏启动，显示窗口,CCApplication::sharedApplication()->run()
游戏窗口的展示以及消息循环是在CCApplication的run函数里面：
int CCApplication::run()
{
PVRFrameEnableControlWindow(false);
// Main message loop:
MSG msg;
LARGE_INTEGER nFreq;
LARGE_INTEGER nLast;
LARGE_INTEGER nNow;
QueryPerformanceFrequency(&nFreq);
QueryPerformanceCounter(&nLast);
// Initialize instance and cocos2d.
if (!applicationDidFinishLaunching()) // Appdelegate::applicationDidFinishLaunching
{
return 0;
}
CCEGLView* pMainWnd = CCEGLView::sharedOpenGLView();
pMainWnd->centerWindow();
ShowWindow(pMainWnd->getHWnd(),SW_SHOW); // 显示游戏窗口
// 游戏循环 窗口消息循环
while (1)
{
if (! PeekMessage(&msg,NULL,0,PM_REMOVE))
{
// Get current time tick.
QueryPerformanceCounter(&nNow);
// 离下一帧还有没有剩余时间，有的话就睡一会.
if (nNow.QuadPart - nLast.QuadPart > m_nAnimationInterval.QuadPart)
{
nLast.QuadPart = nNow.QuadPart;
CCDirector::sharedDirector()->mainLoop(); // 游戏里的操作在CCDirector的mainLoop方法里
}
else
{
Sleep(0);
}
continue;
}
if (WM_QUIT == msg.message)
{
// Quit message loop.
break;
}
// Deal with windows message.
if (! m_hAccelTable || ! TranslateAccelerator(msg.hwnd,m_hAccelTable,&msg))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
}
return (int) msg.wParam;
}
in 3.X (3.9)
// todo: add 3.x
帧循环中做了什么 CCDirector::mainLoop()
in 2.X (2.2.3)
void CCDisplayLinkDirector::mainLoop(void)
{
if (m_bPurgeDirecotorInNextLoop)
{
m_bPurgeDirecotorInNextLoop = false;
purgeDirector(); // 游戏结束，销毁director
}
else if (! m_bInvalid)
{
drawScene(); // 绘制
CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop(); // 释放自动对象
}
}
mainLoop里做了两件事情：1. 绘制；2.释放自动释放池里的对象
自动释放池那部分不必细说，它是在释放那些调用了autorelease()方法的CCObject对象，每一帧结束的时候都会调.
drawScene()是帧循环中的重头戏：
void CCDirector::drawScene(void)
{
calculateDeltaTime(); // 计算帧时间间隔
if (! m_bPaused)
{
m_pScheduler->update(m_fDeltaTime); // 调度器 CCScheduler的update
}
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // opengl 状态重置
if (m_pNextScene)
{
setNextScene(); // 是否切换新Scene? 退出当前Scene， 显示下一Scene
}
kmGLPushMatrix(); // 复制当前栈顶的模型视图矩阵MV
if (m_pRunningScene)
{
m_pRunningScene->visit(); // 绘制当前Scene
}
// draw the notifications node
if (m_pNotificationNode)
{
m_pNotificationNode->visit(); // 绘制通知节点
}
if (m_bDisplayStats)
{
showStats(); // 显示drawCall次数，FPS，SPF三个数值label
}
kmGLPopMatrix(); // 弹出栈顶模型视图矩阵MV
m_uTotalFrames++;
// swap buffers
if (m_pobOpenGLView)
{
m_pobOpenGLView->swapBuffers(); // 绘制完成，交换缓冲区
}
if (m_bDisplayStats)
{
calculateMPF(); // 计算SPF， 即每帧消耗的时间
}
}
在drawScene函数中最主要的两个部分是：
1. CCScheduler调度器的update : update中会涉及到动作的更新，及一些自定义scheduler的更新,我们通常的业务逻辑就是在第二部分自定义的scheduler中完成的。动作(CCActionManager)更新具有最高的优先级，因为它在注册scheduler的时候，m_pScheduler->scheduleUpdateForTarget(m_pActionManager,kCCPrioritySystem,false);,使用了kCCPrioritySystem,它被定义为最小整数，因此也就最先被调度.
2. m_pRunningScene->visit() : 在处理完动作、用户逻辑之后，在当前帧，界面上的元素位置已经确定，此时，调用m_pRunningScene->visit()绘制当前的Scene，遍历这个Scene的UI树，对每个节点进行绘制. 绘制结束交换缓冲区从而完成界面渲染工作。
下面这张图总结了一帧循环中的主要工作：
in 3.X (3.9)
// todo: add 3.x.
作者水平有限，对相关知识的理解和总结难免有错误，还望给予指正，非常感谢！
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