C++游戏引擎开发指南：实现GameObject-Component架构-优快云博客

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C++游戏引擎开发指南：实现GameObject-Component架构

cpp-game-engine-book 从零编写游戏引擎教程 Writing a game engine tutorial from scratch 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cp/cpp-game-engine-book

引言

在现代游戏引擎开发中，组件化设计模式已经成为主流架构。本文将深入探讨如何在C++游戏引擎中实现类似Unity的GameObject-Component系统。这种架构通过组合而非继承的方式构建游戏对象，极大地提高了代码的灵活性和可维护性。

组件化设计概述

组件化设计是一种将功能分解为独立、可重用单元的设计模式。在游戏开发中，这意味着：

每个游戏对象(GameObject)是一个空容器
所有功能由附加的组件(Component)提供
组件可以动态添加、移除和修改

这种设计相比传统的继承体系有以下优势：

更灵活的对象组合方式
更低的代码耦合度
更好的运行时动态修改能力
更直观的编辑器集成

核心实现

GameObject类实现

GameObject作为组件的容器，需要管理所有附加的组件。我们使用一个哈希表来存储组件，键为组件类型名，值为该类型的所有组件实例。

class GameObject {
public:
    Component* AddComponent(std::string component_type_name);
    Component* GetComponent(std::string component_type_name);
    
private:
    std::unordered_map<std::string, std::vector<Component*>> component_type_instance_map_;
};

AddComponent方法利用RTTR反射系统动态创建组件实例：

Component* GameObject::AddComponent(std::string component_type_name) {
    type t = type::get_by_name(component_type_name);
    variant var = t.create();    // 创建实例
    Component* component = var.get_value<Component*>();
    component->set_game_object(this);
    // 存储组件
    component_type_instance_map_[component_type_name].push_back(component);
    return component;
}

Component基类

Component是所有组件的基类，主要作用是维护对所属GameObject的引用：

class Component {
public:
    GameObject* game_object() { return game_object_; }
    void set_game_object(GameObject* game_object) { game_object_ = game_object; }
    
private:
    GameObject* game_object_;
};

常用组件实现

Transform组件

Transform组件管理游戏对象的基础空间属性：

class Transform : public Component {
public:
    glm::vec3 position() const { return position_; }
    void set_position(glm::vec3 position) { position_ = position; }
    
    // 类似地实现rotation和scale
    
private:
    glm::vec3 position_;
    glm::vec3 rotation_;
    glm::vec3 scale_;
};

Transform需要通过RTTR注册反射信息：

RTTR_REGISTRATION {
    registration::class_<Transform>("Transform")
        .constructor<>()(rttr::policy::ctor::as_raw_ptr)
        .property("position", &Transform::position, &Transform::set_position)
        .property("rotation", &Transform::rotation, &Transform::set_rotation)
        .property("scale", &Transform::scale, &Transform::set_scale);
}

渲染相关组件

MeshFilter负责加载网格数据：

class MeshFilter : public Component {
public:
    void LoadMesh(const std::string& file_path);
    // 其他网格数据访问接口
};

MeshRenderer负责渲染网格：

class MeshRenderer : public Component {
public:
    void Render() {
        // 获取Transform计算模型矩阵
        auto transform = dynamic_cast<Transform*>(game_object()->GetComponent("Transform"));
        
        // 获取MeshFilter获取网格数据
        auto mesh_filter = dynamic_cast<MeshFilter*>(game_object()->GetComponent("MeshFilter"));
        
        // 渲染逻辑...
    }
};

使用示例

创建和使用游戏对象的典型流程：

// 创建游戏对象
GameObject* go = new GameObject("player");

// 添加Transform组件并设置位置
auto transform = dynamic_cast<Transform*>(go->AddComponent("Transform"));
transform->set_position(glm::vec3(0, 1, 0));

// 添加MeshFilter组件并加载模型
auto mesh_filter = dynamic_cast<MeshFilter*>(go->AddComponent("MeshFilter"));
mesh_filter->LoadMesh("model/player.mesh");

// 添加MeshRenderer组件并设置材质
auto mesh_renderer = dynamic_cast<MeshRenderer*>(go->AddComponent("MeshRenderer"));
Material* material = new Material();
material->Parse("material/player.mat");
mesh_renderer->SetMaterial(material);