cocos2d-x游戏引擎核心之三——主循环和定时器

一、游戏主循环
在介绍游戏基本概念的时候，我们曾介绍了场景、层、精灵等游戏元素，但我们却故意避开了另一个同样重要的概念，那就是游戏主循环，这是因为 Cocos2d 已经为我们隐藏了游戏主循环的实现。读者一定会对主循环的作用有疑问，为了解答这个问题，我们首先来讨论游戏实现的原理。
游戏乃至图形界面的本质是不断地绘图，然而绘图并不是随意的，任何游戏都需要遵循一定的规则来呈现出来，这些规则就体现为游戏逻辑。游戏逻辑会控制游戏内容，使其根据用户输入和时间流逝而改变。因此，游戏可以抽象为不断地重复以下动作：
　　1 处理用户输入
　　2 处理定时事件
　　3 绘图
游戏主循环就是这样的一个循环，它会反复执行以上动作，保持游戏进行下去，直到玩家退出游戏。在 Cocos2d 中，以上的动作包含在 CCDirector 的某个方法之中，而引擎会根据不同的平台设法使系统不断地调用这个方法，从而完成了游戏主循环。
现在我们回到 Cocos2d-x 游戏主循环的话题上来。上面介绍了 CCDirector 包含一个管理引擎逻辑的方法，它就是CCDirector::mainLoop()方法，这个方法负责调用定时器，绘图，发送全局通知，并处理内存回收池。该方法按帧调用，每帧调用一次，而帧间间隔取决于两个因素，一个是预设的帧率，默认为 60 帧每秒；另一个是每帧的计算量大小。当逻辑处理与绘图计算量过大时，设备无法完成每秒 60 次绘制，此时帧率就会降低。
mainLoop()方法会被定时调用，然而在不同的平台下它的调用者不同。通常 CCApplication 类负责处理平台相关的任务，其中就包含了对 mainLoop()的调用。有兴趣的读者可以对比 Android、iOS 与 Windows Phone 三个平台下不同的实现，平台相关的代码位于引擎的"platform"目录。
mainLoop()方法是定义在 CCDirector 中的抽象方法，它的实现位于同一个文件中的 CCDisplayLinkDirector 类。现在我们来看一下它的代码：

void CCDisplayLinkDirector::mainLoop()
{
    if (m_bPurgeDirecotorInNextLoop)
    {
        m_bPurgeDirecotorInNextLoop = false;
        purgeDirector();
    }
    else if (! m_bInvalid)
    {
        drawScene();
        //释放对象
        CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop();
    }
}

上述代码主要包含如下 3 个步骤。
　　1判断是否需要释放 CCDirector，如果需要，则删除 CCDirector 占用的资源。通常，游戏结束时才会执行这个步骤。　　

　　2调用 drawScene()方法，绘制当前场景并进行其他必要的处理。

　　3弹出自动回收池，使得这一帧被放入自动回收池的对象全部释放。
由此可见，mainLoop()把内存管理以外的操作都交给了 drawScene()方法，因此关键的步骤都在 drawScene()方法之中。下面是 drawScene()方法的实现：

void CCDirector::drawScene() { 计算全局帧间时间差 dt calculateDeltaTime(); if (! m_bPaused) { m_pScheduler->update(m_fDeltaTime); } glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); if (m_pNextScene) { setNextScene(); } kmGLPushMatrix(); 绘制场景 if (m_pRunningScene) { m_pRunningScene->visit(); } 处理通知节点 if (m_pNotificationNode) { m_pNotificationNode->visit(); } if (m_bDisplayStats) { showStats(); } if (m_pWatcherFun && m_pWatcherSender) { (*m_pWatcherFun)(m_pWatcherSender); } kmGLPopMatrix(); m_uTotalFrames++; 交换缓冲区 if (m_pobOpenGLView) { m_pobOpenGLView->swapBuffers(); } if (m_bDisplayStats) { calculateMPF(); } }

我们看到 drawScene()方法内进行了许多操作，甚至包含了少量 OpenGL 函数。这是由于 Cocos2d-x 在游戏主循环中对引擎的细节进行了许多处理，我们并不关心这些细节，因此我们首先剔除掉细枝末节，整理出一个精简版本的drawScene()方法：

void CCDirector::drawSceneSimplified() { _calculate_time(); if (! m_bPaused) m_pScheduler->update(m_fDeltaTime); if (m_pNextScene) setNextScene(); _deal_with_opengl(); if (m_pRunningScene) m_pRunningScene->visit(); _do_other_things(); }

对比一下 drawSceneSimplified()与 drawScene()的代码，可以发现我们省略掉的代码主要用于处理 OpenGL 和一些细节，如计算 FPS、帧间时间差等。在主循环中，我们主要进行了以下 3 个操作。
　　1 调用了定时调度器的 update 方法，引发定时器事件。
　　2 如果场景需要被切换，则调用 setNextStage 方法，在显示场景前切换场景。
　　3 调用当前场景的visit 方法，绘制当前场景。
场景的绘制与 OpenGL 密切相关，后面详细讨论

二、定时器事件

（1）在游戏主循环 drawScene 方法中，我们可以看到每一帧引擎都会调用 m_pScheduler 的 update 方法。m_pScheduler 是 CCScheduler 类型的对象，是一个定时调度器。所谓定时调度器，就是一个管理所有节点定时器的对象，它负责记录定时器，并在合适的时间触发定时事件。接下来我们详细介绍定时调度器。

从 CCNode 说起

　　前面我们简要介绍了游戏主循环，并在 Cocos2d-x 的游戏主循环中引出了定时调度器 CCScheduler 的调度方法 update。update 方法主要负责定时器的调度，我们将对它进行详细分析，但在此之前，了解 CCScheduler 公开的接口是很有必要的，这会有助于我们对调度器类有一个整体的认识。因此，我们从 CCNode 的定时器接口开始分析。Cocos2d-x 提供了两种定时器，分别是：
　　update 定时器，每一帧都被触发，使用 scheduleUpdate 方法来启用；
　　schedule 定时器，可以设置触发的间隔，使用 schedule 方法来启用。
下面就是这两个方法的代码：

void CCNode::scheduleUpdateWithPriority(int priority) { m_pScheduler->scheduleUpdateForTarget(this,priority,!m_bIsRunning); } void CCNode::schedule(SEL_SCHEDULE selector,float interval,unsigned int repeat,255); line-height:1.5!important">float delay) { CCAssert( selector,"Argument must be non-nil"); CCAssert( interval >=0,Argument must be positive"); m_pScheduler->scheduleSelector(selector,interval,!m_bIsRunning,repeat,delay); }

其中 m_pScheduler 是 CCScheduler 对象。可以看到，这两个方法的内部除去检查参数是否合法，只是调用了 CCScheduler提供的方法。换句话说，CCNode 提供的定时器只是对 CCScheduler 的包装而已。不仅这两个方法如此，其他定时器相关的方法也都是这样。这里没有必要列出所有的代码，富有探索精神的读者可以打开 CCNode 的源代码。
经过上面的分析，我们已经知道CCNode 提供的定时器不是由它本身而是由 CCScheduler 管理的。因此，我们把注意力转移到定时调度器上。显而易见，定时调度器应该对每一个节点维护一个定时器列表，在恰当的时候就会触发其定时事件。打开 CCScheduler 类的头文件，可以看到它主要包含的成员。

为了注册一个定时器，开发者只要调用调度器提供的方法即可。同时调度器还提供了一系列对定时器的控制接口，例如暂停和恢复定时器。在调度器内部维护了多个容器，用于记录每个节点注册的定时器；同时，调度器会接受其他组件（通常与平台相关，例如在 iOS 下为 CADisplayLink）的定时调用，随着系统时间的改变驱动调度器。
调度器可以随时增删或修改被注册的定时器。具体来看，调度器将 update 定时器与普通定时器分别处理：当某个节点注册update 定时器时，调度器就会把节点添加到 Updates 容器中，为了提高调度器效率，Cocos2d-x 使用了散列表与链表结合的方式来保存定时器信息；当某个节点注册普通定时器时，调度器会把回调函数和其他信息保存到 Selectors 散列表中。

（2）update 方法
在游戏主循环中，我们已经见到了 update 方法。可以看到，游戏主循环会不停地调用 update 方法。该方法包含一个实型参数，表示两次调用的时间间隔。在该方法中，引擎会利用两次调用的间隔来计算何时触发定时器。
update 方法的实现看起来较为复杂，而实际上它的内部多是重复的代码片段，逻辑并不复杂。我们可以利用 Cocos2d-x 中精心编写的注释来帮助理解 update 方法的工作流程，相关代码如下：

main loop void CCScheduler::update(float dt) { m_bUpdateHashLocked = true; if (m_fTimeScale != 1.0f) { dt *= m_fTimeScale; } Iterate over all the Updates' selectors tListEntry *pEntry,*pTmp; updates with priority < 0 DL_FOREACH_SAFE(m_pUpdatesNegList,pEntry,pTmp) { if ((! pEntry->paused) && (! pEntry->markedForDeletion)) { pEntry->target->update(dt); } } updates with priority == 0 DL_FOREACH_SAFE(m_pUpdates0List,255); line-height:1.5!important">if ((! pEntry->paused) && (! pEntry->markedForDeletion)) { CCScriptEngineProtocol* pEngine = CCScriptEngineManager::sharedManager()->getScriptEngine(); if (pEngine != NULL && kScriptTypeJavascript == pEngine->getScriptType()) { CCScriptEngineManager::sharedManager()->getScriptEngine()->executeSchedule(NULL,dt,(CCNode *)pEntry->target); } pEntry->target->update(dt); } } updates with priority > 0 DL_FOREACH_SAFE(m_pUpdatesPosList,255); line-height:1.5!important">if ((! pEntry->paused) && (! pEntry->markedForDeletion)) { pEntry->target->update(dt); } } Iterate over all the custom selectors for (tHashSelectorEntry *elt = m_pHashForSelectors; elt != NULL; ) { m_pCurrentTarget = elt; m_bCurrentTargetSalvaged = false; if (! m_pCurrentTarget->paused) { The 'timers' array may change while inside this loop for (elt->timerIndex = 0; elt->timerIndex < elt->timers->num; ++(elt->timerIndex)) { elt->currentTimer = (CCTimer*)(elt->timers->arr[elt->timerIndex]); elt->currentTimerSalvaged = false; elt->currentTimer->update(dt); if (elt->currentTimerSalvaged) { The currentTimer told the remove itself. To prevent the timer from accidentally deallocating itself before finishing its step,we retained it. Now that step is done,it's safe to release it. elt->currentTimer->release(); } elt->currentTimer = NULL; } } elt,at this moment,is still valid so it is safe to ask this here (issue #490) elt = (tHashSelectorEntry *)elt->hh.next; only delete currentTarget if no actions were scheduled during the cycle (issue #481) if (m_bCurrentTargetSalvaged && m_pCurrentTarget->timers->num == 0) { removeHashElement(m_pCurrentTarget); } } Iterate over all the script callbacks if (m_pScriptHandlerEntries) { for (int i = m_pScriptHandlerEntries->count() - 1; i >= 0; i--) { CCSchedulerScriptHandlerEntry* pEntry = static_cast<CCSchedulerScriptHandlerEntry*>(m_pScriptHandlerEntries->objectAtIndex(i)); if (pEntry->isMarkedForDeletion()) { m_pScriptHandlerEntries->removeObjectAtIndex(i); } if (!pEntry->isPaused()) { pEntry->getTimer()->update(dt); } } } delete all updates that are marked for deletion if (pEntry->markedForDeletion) { this->removeUpdateFromHash(pEntry); } } this->removeUpdateFromHash(pEntry); } } m_bUpdateHashLocked = false; m_pCurrentTarget = NULL; }

借助注释，能够看出 update 方法的流程大致如下所示。
　　1参数 dt 乘以一个缩放系数，以改变游戏全局的速度，其中缩放系数可以由 CCScheduler 的 TimeScale 属性设置。
　　2分别枚举优先级小于 0、等于 0、大于 0 的 update 定时器。如果定时器没有暂停，也没有被标记为即将删除，则触发定时器。
　　3枚举所有注册过普通定时器的节点，再枚举该节点的定时器，调用定时器的更新方法，从而决定是否触发该定时器。
　　4我们暂不关心脚本引擎相关的处理。
　　5再次枚举优先级小于 0、等于 0、大于 0 的 update 定时器，移除前几个步骤中被标记了删除记号的定时器。

（3）对于 update 定时器来说，每一节点只可能注册一个定时器，因此调度器中存储定时器数据的结构体_listEntry 主要保存了
注册者与优先级。对于普通定时器来说，每一个节点可以注册多个定时器，引擎使用回调函数（选择器）来区分同一节点下注册的不同定时器。调度器为每一个定时器创建了一个 CCTimer 对象，它记录了定时器的目标、回调函数、触发周期、重复触发还是仅触发一次等属性。
CCTimer 也提供了 update 方法，它的名字和参数都与 CCScheduler 的 update 方法一样，而且它们也都需要被定时调用。不同的是，CCTimer 的 update 方法会把每一次调用时接收的时间间隔 dt 积累下来，如果经历的时间达到了周期，就会引发定时器的定时事件。第一次引发了定时事件后，如果是仅触发一次的定时器，则 update 方法会中止，否则定时器会重新计时，从而反复地触发定时事件。
回到 CCScheduler 的 update 方法上来。在步骤 c 中，程序首先枚举了每一个注册过定时器的对象，然后再枚举对象中定时器对应的 CCTimer 对象，调用 CCTimer 对象的 update 方法来更新定时器状态，以便触发定时事件。

至此，我们可以看到事件驱动的普通定时器调用顺序为：系统的时间事件驱动游戏主循环，游戏主循环调用 CCScheduler的 update 方法，CCScheduler 调用普通定时器对应的 CCTimer 对象的 update 方法，CCTimer 类的 update 方法调用定时器对应的回调函数。对于 update 定时器，调用顺序更为简单，因此前面仅列出了普通定时器的调用顺序。
同时，我们也可以看到，在定时器被触发的时刻，CCScheduler 类的 update 方法正在迭代之中，开发者完全可能在定时器事件中启用或停止其他定时器（如下图）。不过，这么做会导致 update 方法中的迭代被破坏。Cocos2d-x 的设计已经考虑到了这个问题，采用了一些技巧避免迭代被破坏。例如，update 定时器被删除时，不会直接删除，而是标记为将要删除，在定时器迭代完毕后再清理被标记的定时器，这样即可保证迭代的正确性。

（4）使用实例

在vs2010中新建cocos2d-x的工程项目，命名为Helloworld。

HelloWorldScene.h #ifndef __HELLOWORLD_SCENE_H__ #define __HELLOWORLD_SCENE_H__ #include cocos2d.h" #include SimpleAudioEngine.h" class HelloWorld : public cocos2d::CCLayer { public: Here's a difference. Method 'init' in cocos2d-x returns bool,instead of returning 'id' in cocos2d-iphone // virtual bool init(); void log(float dt); 注意参数类型 void update(float dt); there's no 'id' in cpp,so we recommand to return the exactly class pointer static cocos2d::CCScene* scene(); a selector callback void menuCloseCallback(CCObject* pSender); implement the "static node()" method manually CREATE_FUNC(HelloWorld); }; #endif __HELLOWORLD_SCENE_H__

HelloWorldScene.cpp #include HelloWorldScene.husing namespace cocos2d; CCScene* HelloWorld::scene() { CCScene * scene = NULL; do { 'scene' is an autorelease object scene = CCScene::create(); CC_BREAK_IF(! scene); 'layer' is an autorelease object 创建层 HelloWorld *layer = HelloWorld::create(); CC_BREAK_IF(! layer); add layer as a child to scene scene->addChild(layer); } while (0); return the scene return scene; } update函数，首字母小写 void HelloWorld::update(float dt) { CCLog(schedule"); } 定时器 /*void HelloWorld::log(float dt) { CCLog("schedule"); } */ on "init" you need to initialize your instance bool HelloWorld::init() { bool bRet = false; do { ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// super init first对父类进行初始化 // CC_BREAK_IF(! CCLayer::init()); add your codes below... // 1. Add a menu item with "X" image,which is clicked to quit the program. Create a "close" menu item with close icon,it's an auto release object. 创建菜单并添加到层 CCMenuItemImage *pCloseItem = CCMenuItemImage::create( CloseNormal.png",0); line-height:1.5!important">CloseSelected.pngthis,menu_selector(HelloWorld::menuCloseCallback)); CC_BREAK_IF(! pCloseItem); Place the menu item bottom-right conner. pCloseItem->setPosition(ccp(CCDirector::sharedDirector()->getWinSize().width - 20,128); line-height:1.5!important">20)); Create a menu with the "close" menu item,it's an auto release object. CCMenu* pMenu = CCMenu::create(pCloseItem,NULL); pMenu->setPosition(CCPointZero); CC_BREAK_IF(! pMenu); Add the menu to HelloWorld layer as a child layer. this->addChild(pMenu,128); line-height:1.5!important">1); 2. Add a label shows "Hello World". Create a label and initialize with string "Hello World". 创建标签并添加到层 CCLabelTTF* pLabel = CCLabelTTF::create(Hello World",0); line-height:1.5!important">Arial24); CC_BREAK_IF(! pLabel); Get window size and place the label upper. CCSize size = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize(); pLabel->setPosition(ccp(size.width / 2,size.height - 50)); Add the label to HelloWorld layer as a child layer. this->addChild(pLabel,0); line-height:1.5!important"> 3. Add add a splash screen,show the cocos2d splash image. 创建精灵并添加到层 CCSprite* pSprite = CCSprite::create(HelloWorld.png"); CC_BREAK_IF(! pSprite); Place the sprite on the center of the screen pSprite->setPosition(ccp(size.width/2)); Add the sprite to HelloWorld layer as a child layer. this->addChild(pSprite,128); line-height:1.5!important">0); bRet = true; } 开启定时器，延时2s执行，执行3+1次，执行间隔1s this->schedule(schedule_selector(HelloWorld::log),1,3,2); update定时器 scheduleUpdate(); return bRet; } void HelloWorld::menuCloseCallback(CCObject* pSender) { "close" menu item clicked CCDirector::sharedDirector()->end(); }

注：代码中含有update定时器和普通定时器（已注释）两种实例。