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Hello, Cocos2d-x

女儿从两岁半开始接触iPad,在这个年龄段也只有一些幼教类游戏适合她玩。虽然知道iPad玩久了对视力有伤害,但有时候还真拗不过果果,索性 也就让她玩一会儿。之前对智能终端上的东西不是很在意,也没啥兴趣,这大概与当年在大学时做Win32 GUI开发的糟糕经历多多少少有点关系。不过智能终端是大势所趋,历史的潮流不能违抗。虽然自己并非以Android/iOS编程为主业,但适当学习学习 总归没有坏处,万一作出一个像"Flappy Bird"的游戏,爆发一下,还是蛮Happy的。于是在开始学习实践之前给自己定了一个小目标:今年六一儿童节送给女儿一款自己制作的小游戏。

智能终端上的游戏目前风头正劲,试问哪个智能手机上没有几款企鹅公司出品的游戏呢!之前从未涉猎过游戏开发,但知道游戏开发前要挑选一款合适的游 戏引擎,自己从头开始敲代码的时代已经out了。在寻觅游戏引擎之前,我需要回答三道摆在我面前的选择题:

    1、2D引擎还是3D引擎?
    2、平台专用引擎还是跨平台引擎?
    3、收费引擎还是开源引擎?

作为入门级选手,2D游戏显然更适合上手一些,另外适合果果这个年龄段的幼教类的游戏也多以2D游戏居多。3D游戏本身也太难了,不仅要 Programming能力,还要3D建模能力,这些学习起来周期就太长了;一直是Ubuntu Fans,手头没有Mac Book,这样开发iOS程序变成一件糟心的事,在Ubuntu下搭建iOS App开发环境繁杂的很,即便是虚拟机也懒得尝试。但从游戏体验来看,还是在iPad上玩更好一些,因此最好引擎能跨平台,以便后续迁移到iOS上;开源 和用开源惯了,收费的引擎目前不在考虑范围之内。综上,我要寻找的是一款开源的、跨平台的Mobile 2D Game Engine。

于是我找到了Cocos2d-x!Cocos2d-x是Cocos2d-iphone的C++跨平台分支,由于是国人创立的,在国内有着较大的用 户群,引擎资料也较多,社区十分活跃。国内已经出版了多本有关Cocos2d-x的中文书籍,比如《Cocos2d-x高级开发教程:制作自己的 “捕鱼达人”》 、《Cocos2d-x权威指南》 等都还不错。更重要的是Cocos2d-x自带了丰富的例子,供初学者“临摹学习”,其中cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp /TestCpp这个例子几乎涵盖了该引擎的绝大多数功能。下面就开启Cocos2d-x的入门之旅(For Android)。

一、引擎安装

试验环境:
   Ubuntu 12.04.1 x86_64
   gcc 4.6.3
   javac 1.7.0_21
   java "1.7.0_21" HotSpot 64-bit Server VM
   adt-bundle-linux-x86_64-20131030.zip
   android-ndk-r9d-linux-x86_64.tar.bz2

Cocos2d-x官网目前提供2.2.2稳定版以及3.0beta2版的下载(当然你也可以下载到更老的版本)。由于3.0改变较大,资料不 多,且对编译器等版本的要求较高(需要支持C++ 11标准),因此这里依旧以2.2.2版本作为学习目标。Cocos2d-x-2.2.2下载后解压到某个目录:比如/home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2。 如果仅是用Cocos2d-x开发Android版本游戏,则不需要做什么编译工作。Android Game Project会在Project build时自动用NDK的编译器编译C++代码,并与NDK链接。如果你想早点看看Cocos2d-x sample中的例子运行起来到底是什么样子的,你可以在Ubuntu下编译出Linux版本的游戏:在cocos2d-x-2.2.2下执行make-all-linux-project.sh即可。编译需要一段时间,编译成 功后,我们可以进入到“cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.linux/bin/release” 下执行“HelloCpp”这个可执行文件,一个最简单的Cocos2d-x游戏就会展现在你的面前了。

Android sample project的构建稍微复杂些:

首先在Eclipse中添加libcocos2dx Library project from existed code(注意:不Copy到workspace,原地建立)。该Project的代码路径为cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx/platform /android/java。在project.properties和AndroidManifest.xml适当修改你所使用的api版本, 以让编译通过。我这里用的是 target=android-19。

然后,设置NDK_ROOT环境变量(比如export NDK_ROOT='/home1/tonybai/android-dev/adt-bundle-linux-x86_64/android-ndk-r9c'), 供build_native.sh使用。

最后添加游戏project。在Eclipse中添加HelloCpp project from existed code,位置cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android(注 意:不Copy到Workspace中,原地建立)。在HelloCpp的project.properties中添加“android.library.reference.1=../../../../cocos2dx/platform/android /java”。同样别忘了在project.properties和AndroidManifest.xml适当修改你所使用 的api版本,以让编译通过。

如果一切顺利的话,你会在Console窗口看到“**** Build Finished ****”。Problems窗口显示“0 errors“。 启动Android模拟器,Run Application,同样的HelloCpp画面会呈现在模拟器上。

Cocos2d-x是建构在OpenGL技术之上的。对于Android平台而言,Android SDK已经完全封装了opengl es 1.1/2.0的API(android.opengl.*;javax.microedition.khronos.egl.*;javax.microedition.khronos.opengles.*), 引擎完全可以建立在这个之上,无需C++代码。但Cocos2d-x是一个跨平台的2D游戏引擎,核心选择了用C++代码实现(iOS提供的C绑 定,不提供Java绑定;Android则提供了Java和C绑定),因此 在开发Android平台的2D游戏时,引擎部分是SDK与NDK交相互应,比如GLThread的创建和管理用的是SDK的 GLSurfaceView和GLThread,但真正的Surface绘制部分则是回调Cocos2d-x用C++编写的绘制实现(链接NDK 中的库)。

二、Cocos2d-x Android工程代码组织结构

以samples/Cpp/HelloApp的Android工程为例,Android版的Cocos2d-x工程与普通android应用程序 差别 不大,核心部分只是多了一个jni目录和一个build_native.sh脚本文件。其中jni目录下存放的是Java和C++调用转换的“胶 水”代码;build_native.sh则是用于编译jni下C++代码以及 cocos2dx_static library代码的构建脚本。

HelloCpp的构建过程摘要如下:

**** Build of configuration Default for project HelloCpp ****

bash /home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/build_native.sh
NDK_ROOT = /home1/tonybai/android-dev/adt-bundle-linux-x86_64/android-ndk-r9c
COCOS2DX_ROOT = /home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/../../../..
APP_ROOT = /home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/..
APP_ANDROID_ROOT = /home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android
+ /home1/tonybai/android-dev/adt-bundle-linux-x86_64/android-ndk-r9c/ndk-build -C /home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.androidNDK_MODULE_PATH=/home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/../../../..:/home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/../../../../cocos2dx/platform/third_party/android/prebuilt
Using prebuilt externals
Android NDK: WARNING:/home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/../../../../cocos2dx/Android.mk:cocos2dx_static: LOCAL_LDLIBS is always ignored for static libraries  
make: Entering directory `/home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android'
[armeabi] Compile++ thumb: hellocpp_shared <= main.cpp
[armeabi] Compile++ thumb: hellocpp_shared <= AppDelegate.cpp
[armeabi] Compile++ thumb: hellocpp_shared <= HelloWorldScene.cpp
[armeabi] Compile++ thumb: cocos2dx_static <= CCConfiguration.cpp
[armeabi] Compile++ thumb: cocos2dx_static <= CCScheduler.cpp
 … …
[armeabi] Compile++ thumb: cocos2dx_static <= CCTouch.cpp
[armeabi] StaticLibrary  : libcocos2d.a
[armeabi] Compile thumb  : cpufeatures <= cpu-features.c
[armeabi] StaticLibrary  : libcpufeatures.a
[armeabi] SharedLibrary  : libhellocpp.so
[armeabi] Install        : libhellocpp.so => libs/armeabi/libhellocpp.so
make: Leaving directory `/home1/tonybai/android-dev/cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android'

**** Build Finished ****

指挥NDK编译的则是jni下的Android.mk文件,其角色类似于Makefile。

三、Cocos2d-x Android工程代码阅读

单独将如何阅读代码拿出来,是为了后面分析引擎的驱动流程做准备工作。学习类似Cocos2d-x这样的游戏引擎,仅仅停留在游戏逻辑层代码是不 能很好的把握引擎本质的,因此适当的挖掘引擎实现实际上对于理解和使用 引擎都是大有裨益的。

以一个Cocos2d-x Android工程为例,它的游戏逻辑代码以及涉及的引擎代码涵盖在一下路径下(还是以HelloCpp的Android工程为例):

    项目层:
        * cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/src  主Activity的实现;
        * cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/proj.android/jni/hellocpp  Cocos2dxRenderer类的nativeInit实现,用于引出Application的入口;
        * cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/Classes 你的游戏逻辑,以C++代码形式呈现;
   
    引擎层:
        * cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx/platform/android/java/src 引擎层对Android Activity、GLSurfaceView以及Render的封装
        * cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx/platform/android/jni 对应上面封装的native method实现
        * cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx、cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx/platform、cocos2d-x- 2.2.2/cocos2dx/platform/android   cocos2dx引擎的核心实现(针对android平台)

后续的代码分析也将从这两个层次、六处位置出发。

四、从Activity开始

之前多少了解了一些Android App开发的知识,Android App都是始于Activity的。游戏也是App的一种,因此在Android平台上,Cocos2d-x游戏也是从Activity开始的。于是 Activity,确切的说是Cocos2dxActivity是我们这次引擎驱动机制分析的出发点。

回顾Android Activity的Lifecycle,Activity启动的顺序是:Activity.onCreate -> Activity.onStart() -> Activity.onResume()。接下来我们将按照 这条主线进行引擎驱动机制的分析。

HelloCpp.java中的HelloCpp这个Activity完全无所作为,仅仅是继承其父类Cocos2dxActivity的实现罢 了。

// HelloCpp.java
public class HelloCpp extends Cocos2dxActivity{
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){
        super.onCreate(savedInstanceState);
    }
    … …
}

我们来看Cocos2dxActivity类。

// Cocos2dxActivity.java

@Override
protected void onCreate(final Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    sContext = this;
    this.mHandler = new Cocos2dxHandler(this);
    this.init();
    Cocos2dxHelper.init(this, this);

public void init() {
        // FrameLayout
        ViewGroup.LayoutParams framelayout_params =
            new ViewGroup.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.FILL_PARENT,
                                       ViewGroup.LayoutParams.FILL_PARENT);
        FrameLayout framelayout = new FrameLayout(this);
        framelayout.setLayoutParams(framelayout_params);

        … …
        // Cocos2dxGLSurfaceView
        this.mGLSurfaceView = this.onCreateView();

        // …add to FrameLayout
        framelayout.addView(this.mGLSurfaceView);
        … …
        this.mGLSurfaceView.setCocos2dxRenderer(new Cocos2dxRenderer());
        … …

        // Set framelayout as the content view
        setContentView(framelayout);
}

从上面代码可以看出,onCreate调用的init方法才是Cocos2dxActivity初始化的核心。在init方法 中,Cocos2dxActivity创建了一个Framelayout实例,并将该实例作为content View赋给了Cocos2dxActivity的实例。Framelayout实例也并不孤单,一个设置了Cocos2dxRenderer实例的 GLSurfaceView被Added to it。而Cocos2d-x引擎的初始化已经悄悄地在这几行代码间完成了,至于初始化的细节我们后续再做分析。

接下来是onResume方法,它的实现如下:

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();

        Cocos2dxHelper.onResume();
        this.mGLSurfaceView.onResume();
    }

onResume调用了View的onResume()。

// Cocos2dxGLSurfaceView:
    @Override
    public void onResume() {
        super.onResume();

        this.queueEvent(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Cocos2dxGLSurfaceView.this.mCocos2dxRenderer.handleOnResume();
            }
        });
    }

Cocos2dxGLSurfaceView将该事件打包放到队列里,扔给了另外一个线程去执行(后续会详细说明这个线程),对应的方法在 Cocos2dxRenderer class中。

    public void handleOnResume() {
        Cocos2dxRenderer.nativeOnResume();
    }

Render实际上调用的是native方法。

    JNIEXPORT void JNICALL Java_org_cocos2dx_lib_Cocos2dxRenderer_nativeOnResume() {
        if (CCDirector::sharedDirector()->getOpenGLView()) {
            CCApplication::sharedApplication()->applicationWillEnterForeground();
        }
    }

applicationWillEnterForeground方法在你的AppDelegate.cpp中;

void AppDelegate::applicationWillEnterForeground() {
    CCDirector::sharedDirector()->startAnimation();//

    // if you use SimpleAudioEngine, it must resume here
    // SimpleAudioEngine::sharedEngine()->resumeBackgroundMusic();
}

这里仅是重新获得了一下时间罢了。

五、Render Thread(渲染线程) - GLThread

游戏引擎要兼顾UI事件和屏幕帧刷新。Android的OpenGL应用采用了UI线程(Main Thread) +  渲染线程(Render Thread)的模式。Activity活在Main Thread(主线程)中,也叫做UI线程。该线程负责捕获与用户交互的信息和事件,并与渲染(Render)线程交互。比如当用户接听电话、切换到其他 程序时,渲染线程必须知道发生了 这些事件,并作出即时的处理,而这些事件及处理方式都是由主线程中的Activity以及其装载的View传递给渲染线程的。我们在Cocos2dx的框 架代码中看不到渲染线程的诞生过程,这是因为这一过程是在Android SDK层实现的。

我们回顾一下Cocos2dxActivity.init方法的关键代码:

    // Cocos2dxGLSurfaceView
    this.mGLSurfaceView = this.onCreateView();

    // …add to FrameLayout
    framelayout.addView(this.mGLSurfaceView);
    this.mGLSurfaceView.setCocos2dxRenderer(new Cocos2dxRenderer());
       
    // Set framelayout as the content view
    setContentView(framelayout);

Cocos2dxGLSurfaceView是 android.opengl.GLSurfaceView的子类。在android 上做原生opengl es 2.0编程的人应该都清楚GLSurfaceView的重要性。但渲染线程并非是在Cocos2dxGLSurfaceView实例化时被创建的,而是在 setRenderer的时候。

我们来看Cocos2dxGLSurfaceView.setCocos2dxRenderer的实现:

    public void setCocos2dxRenderer(final Cocos2dxRenderer renderer) {
        this.mCocos2dxRenderer = renderer;
        this.setRenderer(this.mCocos2dxRenderer);
    }

setRender是Cocos2dxGLSurfaceView父类GLSurfaceView实现的方法。在Android SDK GLSurfaceView.java文件中,我们看到:

       public void setRenderer(Renderer renderer) {
        checkRenderThreadState();
        if (mEGLConfigChooser == null) {
            mEGLConfigChooser = new SimpleEGLConfigChooser(true);
        }
        if (mEGLContextFactory == null) {
            mEGLContextFactory = new DefaultContextFactory();
        }
        if (mEGLWindowSurfaceFactory == null) {
            mEGLWindowSurfaceFactory = new DefaultWindowSurfaceFactory();
        }
        mRenderer = renderer;
        mGLThread = new GLThread(mThisWeakRef);
        mGLThread.start();

    }

GLThread的实例是在这里被创建并开始执行的。至于渲染线程都干了些什么,我们可以通过其run方法看到:

        @Override
        public void run() {
            setName("GLThread " + getId());
            if (LOG_THREADS) {
                Log.i("GLThread", "starting tid=" + getId());
            }

            try {
                guardedRun();
            } catch (InterruptedException e) {
                // fall thru and exit normally
            } finally {
                sGLThreadManager.threadExiting(this);
            }
        }

run方法并没有给我们带来太多有价值的东西,真正有价值的信息藏在guardedRun方法中。guardedRun是这个源文件中规模最为庞 大的方法,但抽取其核心结构后,我们发现它大致就是一个死循环,以下是摘要式的伪代码:

while (true) {
   synchronized (sGLThreadManager) {
       while (true) {
           …. …
           if (! mEventQueue.isEmpty()) {
               event = mEventQueue.remove(0);
               break;
           }
        }  
   }//end of synchronized (sGLThreadManager)

    if (event != null) {
       event.run();
       event = null;
       continue;
   }  

   if needed
       view.mRenderer.onSurfaceCreated(gl, mEglHelper.mEglConfig);

   if needed
       view.mRenderer.onSurfaceChanged(gl, w, h);

   if needed
       view.mRenderer.onDrawFrame(gl);
}

在这里我们看到了event、Renderer的三个回调方法onSurfaceCreated、onSurfaceChanged以及 onDrawFrame,后续我们会对这三个函数做详细分析的。

六、游戏逻辑的入口

在HelloCpp的Classes下有好多C++代码文件(涉及具体的游戏逻辑),在HelloCpp的android project jni目录下也有Jni胶水代码,那么这些代码是如何和引擎一起互动生效的呢?

上面讲到过,涉及到画面的一些渲染都是在GLThread中进行的,这涉及到onSurfaceCreated、 onSurfaceChanged以及onDrawFrame三个方法。我们看看 Cocos2dxRenderer.onSurfaceCreated方法的实现,该方法会在Surface被首次渲染时调用:

    public void onSurfaceCreated(final GL10 pGL10, final EGLConfig pEGLConfig) {
        Cocos2dxRenderer.nativeInit(this.mScreenWidth, this.mScreenHeight);
        this.mLastTickInNanoSeconds = System.nanoTime();
    }

该方法继续调用HelloCpp工程jni目录下的nativeInit代码:

void Java_org_cocos2dx_lib_Cocos2dxRenderer_nativeInit(JNIEnv*  env, jobject thiz, jint w, jint h)
{
    if (!CCDirector::sharedDirector()->getOpenGLView())
    {
        CCEGLView *view = CCEGLView::sharedOpenGLView();
        view->setFrameSize(w, h);

        AppDelegate *pAppDelegate = new AppDelegate();
        CCApplication::sharedApplication()->run();
    }
    else
    {
        ccGLInvalidateStateCache();
        CCShaderCache::sharedShaderCache()->reloadDefaultShaders();
        ccDrawInit();
        CCTextureCache::reloadAllTextures();
        CCNotificationCenter::sharedNotificationCenter()->postNotification(EVENT_COME_TO_FOREGROUND, NULL);
        CCDirector::sharedDirector()->setGLDefaultValues();
    }
}

这似乎让我们看到了游戏逻辑的入口了:

    CCEGLView *view = CCEGLView::sharedOpenGLView();
    view->setFrameSize(w, h);

    AppDelegate *pAppDelegate = new AppDelegate();
    CCApplication::sharedApplication()->run();

继续追踪CCApplication::run方法:

int CCApplication::run()
{
    // Initialize instance and cocos2d.
    if (! applicationDidFinishLaunching())
    {
        return 0;
    }

    return -1;
}

applicationDidFinishLaunching,没错这就是游戏逻辑的入口了。我们得回到Samples代码目录中去找到对应方法 的实现。

//cocos2d-x-2.2.2/samples/Cpp/HelloCpp/Classes/AppDelegate.cpp

bool AppDelegate::applicationDidFinishLaunching() {
    // initialize director
    CCDirector* pDirector = CCDirector::sharedDirector();
    CCEGLView* pEGLView = CCEGLView::sharedOpenGLView();

    pDirector->setOpenGLView(pEGLView);
    CCSize frameSize = pEGLView->getFrameSize();
    … …

    // turn on display FPS
    pDirector->setDisplayStats(true);

    // set FPS. the default value is 1.0/60 if you don't call this
    pDirector->setAnimationInterval(1.0 / 60);

    // create a scene. it's an autorelease object
    CCScene *pScene = HelloWorld::scene();

    // run
    pDirector->runWithScene(pScene);

    return true;
}

的确,在applicationDidFinishLaunching中我们做了很多引擎参 数的设置。接下来大管家CCDirector实例登场,并运行了HelloWorld Scene的实例。但这依旧是初始化的一部分,虽然方法名让人听起来像是某种持续连贯行为:

//cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx/CCDirector.cpp

void CCDirector::runWithScene(CCScene *pScene)
{
    … …

    pushScene(pScene);
    startAnimation();
}

void CCDisplayLinkDirector::startAnimation(void)
{
    if (CCTime::gettimeofdayCocos2d(m_pLastUpdate, NULL) != 0)
    {
        CCLOG("cocos2d: DisplayLinkDirector: Error on gettimeofday");
    }

    m_bInvalid = false;
}

两个方法均只是初始化了某些数据成员变量,并未真正将引擎驱动起来。

七、驱动引擎

之所以游戏画面是运动的,那是因为屏幕以较高的帧数刷新的缘故,这样人眼就会看到连续的动作,就和电影的放映原理是一样的。在Cocos2d-x 引擎中这些驱动屏幕刷新的代码在哪里呢?

我们回顾一下之前谈到的GLThread线程,我们说过画面渲染的工作都是由它来完成的。GLThread的核心是guardedRun函数,该 函数以“死循环”的方式调用Cocos2dxRender.onDrawFrame方法对画面进行持续渲染。

我们来看看引擎实现的Cocos2dxRender.onDrawFrame方法:

public void onDrawFrame(final GL10 gl) {
        /*
         * FPS controlling algorithm is not accurate, and it will slow down FPS
         * on some devices. So comment FPS controlling code.
         */

        /*
        final long nowInNanoSeconds = System.nanoTime();
        final long interval = nowInNanoSeconds – this.mLastTickInNanoSeconds;
        */

        // should render a frame when onDrawFrame() is called or there is a
        // "ghost"
        Cocos2dxRenderer.nativeRender();

        /*
        // fps controlling
        if (interval < Cocos2dxRenderer.sAnimationInterval) {
            try {
                // because we render it before, so we should sleep twice time interval
                Thread.sleep((Cocos2dxRenderer.sAnimationInterval – interval) / Cocos2dxRenderer.NANOSECONDSPERMICROSECOND);
            } catch (final Exception e) {
            }
        }

        this.mLastTickInNanoSeconds = nowInNanoSeconds;
        */
    }

这个方法实现得比较奇怪,似乎修改过多次,但最后还是决定只保留了一个方法调用: Cocos2dxRenderer.nativeRender()。从注释掉的代码来看,似乎是想在这个方法中通过Thread.sleep来控制 Render Thread渲染的帧率。但由于控制的不理想,索性就不控制了,让guardedRun真正变成了dead loop。但从HelloCpp Sample运行时的状态显示,画面始终保持在60帧左右,让人十分诧异。据说Cocos2d-x 3.0版本重新设计了渲染这块的机制。(后记:在Android上虽然没有帧数控制,但真正的渲染帧率实际上还受到"垂直同步"信号 – vertical sync的影响。在游戏中,也许强劲的显卡迅速的绘制完一屏的图像,但是没有垂直同步信号的到达,显卡无法绘制下一屏,只有等vsync信号到达,才可以绘制。这样fps实际上要要受到操作系统刷新率值的制约)。

nativeRender从命名来看,这显然是一个C++编写的函数实现。我们只能到jni目录下寻找。

cocos2d-x-2.2.2/cocos2dx/platform/android/jni/ Java_org_cocos2dx_lib_Cocos2dxRenderer.cpp

    JNIEXPORT void JNICALL Java_org_cocos2dx_lib_Cocos2dxRenderer_nativeRender(JNIEnv* env) {
        cocos2d::CCDirector::sharedDirector()->mainLoop();
    }

nativeRender也很简洁,直接调用了CCDirector的mainLoop,也就是说每帧渲染过程中真正干活地是 CCDirector::mainLoop。到此我们终于找到了引擎渲染的驱动器:GLThead::guardedRun,以“死循环”的方式刷新着画面,让我们感受到“动”的魅力。

八、mainLoop

进一步我们来看看mainLoop所做的工作。mainLoop是CCDirector类的一个纯虚函数,CCDirector的子类CCDisplayLinkDirector真正实现了 它:

//CCDirector.cpp
void CCDisplayLinkDirector::mainLoop(void)
{
    if (m_bPurgeDirecotorInNextLoop)
    {
        m_bPurgeDirecotorInNextLoop = false;
        purgeDirector();
    }
    else if (! m_bInvalid)
     {
         drawScene();

         // release the objects
         CCPoolManager::sharedPoolManager()->pop();
     }
}

void CCDirector::drawScene(void)
{
    // calculate "global" dt
    calculateDeltaTime();

    //tick before glClear: issue #533
    if (! m_bPaused)
    {
        m_pScheduler->update(m_fDeltaTime);
    }

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    /* to avoid flickr, nextScene MUST be here: after tick and before draw.
     XXX: Which bug is this one. It seems that it can't be reproduced with v0.9 */
    if (m_pNextScene)
    {
        setNextScene();
    }

    kmGLPushMatrix();

    // draw the scene
    if (m_pRunningScene)
    {
        m_pRunningScene->visit();
    }

    // draw the notifications node
    if (m_pNotificationNode)
    {
        m_pNotificationNode->visit();
    }

    if (m_bDisplayStats)
    {
        showStats();
    }

    kmGLPopMatrix();

    m_uTotalFrames++;

    // swap buffers
    if (m_pobOpenGLView)
    {
        m_pobOpenGLView->swapBuffers();
    }

    if (m_bDisplayStats)
    {
        calculateMPF();
    }
}

帧渲染由mainLoop调用的drawScene()完成,drawScene方法根据Scene下的渲染树,根据node的最新属性逐个渲染 node,并调整各个Node的调度定时器数据,细节这里就不详细说明了。

九、UI线程与GLThread的交互

用户的屏幕触控动作由UI线程捕捉到,该类事件需要传递给引擎,并由GLThread根据各个画面元素的最新状态重新绘制画面。UI线程负责处理用户交互 事件,并将特定的事件通知GLThread处理。UI线程通过Cocos2dxGLSurfaceView的queueEvent方法,将事件以及处理方 法传递给GLThread执行的。

Cocos2dxGLSurfaceView的queueEvent方法继承自其父类GLSurfaceView:

    public void queueEvent(Runnable r) {
        mGLThread.queueEvent(r);
    }

而GLThread的queueEvent方法实现如下:

public void queueEvent(Runnable r) {
    if (r == null) {
        throw new IllegalArgumentException("r must not be null");
    }  
    synchronized(sGLThreadManager) {
        mEventQueue.add(r);
        sGLThreadManager.notifyAll();

    }  
}

该方法将event互斥地放入EventQueue,并通知阻塞在Queue上的线程取货。

运行着的GLThread实例在guardedRun中会从event队列中取出runnable event并run的。
  
while (true) {
    synchronized (sGLThreadManager) {
        while (true) {
            if (mShouldExit) {
                return;
            }  

            if (! mEventQueue.isEmpty()) {
                event = mEventQueue.remove(0);
                break;
            }  
         …….
        }  
     }  

     … …
     if (event != null) {
        event.run();
        event = null;
        continue;
    }  
    …
}

Activity的各种事件Pause、Resume、Stop以及View的各种屏幕触控事件都是通过queueEvent传递给GLThread执行的,比如:View的onKeyDown方法:

    //Cocos2dxGLSurfaceView.java
    @Override
    public boolean onKeyDown(final int pKeyCode, final KeyEvent pKeyEvent) {
        switch (pKeyCode) {
            case KeyEvent.KEYCODE_BACK:
            case KeyEvent.KEYCODE_MENU:
                this.queueEvent(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        Cocos2dxGLSurfaceView.this.mCocos2dxRenderer.handleKeyDown(pKeyCode);
                    }
                });
                return true;
            default:
                return super.onKeyDown(pKeyCode, pKeyEvent);
        }
    }

十、小结

有了以上的对Cocos2d-x引擎的理解后,再编写游戏代码就更加游刃有余了,至少出现问题时,我们知道应该在哪里查找了。就像对汽车的发动机了如指掌 后,一旦发生动力故障,我们基本知道排除的方法。但对发动机了解的再透彻,也不能代表就能设计和生产出好车,游戏也是这样,对引擎了解是一码事,设计和实 现出好游戏是另外一码事。学习引擎只是编写游戏的起点而已。

关于编程语言学习的一些体会

Learn at least one new language every year.
                                              — Andy Hunt and Dave Thomas

自己一直是“每年学习一门新语言”的忠实拥趸,曾先后认真地学习了HaskellCommon LispPythonGo等语言,对PrologScalaErlangLuaPHP也有一定了解。但几年下来,只有Python一门语言算 是真正被留在我的大脑里,用在了工作中。其他那几门语言留下来的只是一些思想了。这似乎符合了Andy Hunt和Dave Thomas在《程序员修炼之道》中对于这一实践目的的阐述:“学会用多种方式解决问题,扩展我们的视野,避免思路僵化和停滞不前”^_^。

即便是残存的思想,其实也并不深刻。要真正会运用新思维并非那么简单。一门编程语言从入门到精通,至少要经历学语法、做实践、用idioms(写出地道的代码)三个阶段。这让我深刻的感悟到:不以使用为目的的语言学习,都是在浪费生命

有精力多学习些语言自然很好,我迫切期待能拥有一个像“七龙珠”中孙悟空那样的“精神时光屋”呢。但现实中,人的精力是有限的,而我们要面对的计算机科学领域中的知识、技能以及问题却似乎是无限的。因此在“每年至少学习一门新语言”这一实践上,建议不要过于教条。 从编程语言自身来看,范型(Paradigm)是影响语言思维差异的主要因素,而编程语言的范型有限,主流的也就那么几种:命令式(过程式)、函数式、逻 辑式、面向对象等。每种范型的背后都有几种、十几种甚至几十种语言,我们其实没有必要都去学。从拓展视野的角度去说,从每种主流范式中找到一两门典型的语 言去学习就可以了。比如命令式的,我们可以选择C;函数式我们选择Haskell;逻辑式的选择Prolog;面向对象的选择Java等。

即便是从每个范型中挑出一门,你要付出的精力依旧不少,我们还要考虑其实用性:要以使用为目的。如果能将其用在工作中,天天与你相伴,被他人接受,自然最 好;退而求其次,你能找到一两个开源项目,并参与其中也是可以的,至少可以让你保持手热;如果这两点都无法做到,仅仅是凭借个人的热情与坚持,那是不会持 久的,若干时间后,你就会对其生疏,可能连基本的"Hello World"语法都记不得了。不过这个年头,思想也不能不要。在有剩余精力的前提下,挑选些牛人们极力“鼓吹”的语言,吸收一下其思想精华,说不定哪天就 能用得上,让自己和大家都感觉你很NB,抬高一下自己的身价^_^。记住:编程语言也是要拼爹的系出名门的语言(诸如Go、Dart等)自然得到更多的青睐、使用和推广,出位的几率也就高出许多,尤其是在目前新编程语言百花齐放的阶段。因此在选择有思想的新语言时,最好在这些名门之后中做优选。

这个时代喜欢“专家”,因此我们在一两门语言上务必要做到“精专”,这是会给你带来黄油和面包的语言。要专到什么程度呢?我有一个同事,什么问题都用C解决。他甚至为此写了个不小的基础框架,所有业务问题的Code放在框架中被回调即可,即便是这个问题用Python实现只需几行代码。

计算机科学的研究核心是什么?我想肯定不是编程语言,就好比社会科学研究的核心不是人类语言一样。我比较欣赏这样的观点:作为程序员而言,最重要的是去创造,而不是研究。我们应更多的利用已经掌握的语言解决现实中的问题。做 编程语言研究的人可能要了解各种语言的特点与实现方式,但对于大多数的程序员来说,其实我们只需要关注问题域:做底层平台开发的,关注机器模型、通信原理 以及OS原理和实现细节;做算法的,很荣幸,那才是正统的程序设计的核心;前端攻城师则更多关注用户的体验。而在这些解决实际问题的过程中,我们更多采用 的是“制式”的编程语言。即做平台开发的,一般用C,C++等系统编程语言,更多的考虑的是性能;做前端开发的,PHP/JavaScript不可或缺。 我们要考虑的是如何利用这些制式的编程语言去解决问题,而在这些制式语言上,我们要做到精通。

从新兴语言中借鉴新思想,然后在旧语言中实现新语言的特性,其实更多是在旧语言中实现了某 种语法糖,你爱吃,不代表其他人也理解也爱吃,还容易被人误认为是“炫技”。如果你是技术负责人,且经过评估,新语言十分适合这个问题域,那莫不入直接引 入这门语言,让大家都能使用到这门语言的新思想、新特性。

辩证的说,任何一种编程语言都有其利与弊,比如Haskell,纯函数式语言,变量不能改变,无状态,对并行处理具有天然的适应性,但在处理基本IO时却要编写难于理解的monad;而在命令式语言中,这种IO处理简直简单的不得了。

关于函数式语言,个人感觉未来若干年内仍难以大行其道,建议还是跟上命令式语言的演化主线吧。

跨越问题域学习语言,通常收获不大。一个做平台服务端,用惯了C的资深程序员,让他去学PHP写前端代码,估计是无法迸发出任何火花的。

以上是自己这些年关于编程语言学习的一些体会,比较零散,但希望能有帮助。

给新手程序员的建议

本文翻译自Dr. Dobb’s杂志主编Andrew Binstock的"Advice to a new programmer"一文

总是有太多的建议摆在新手程序员面前,以致他们难于选择从何处开始。然而,所有这些建议都是建构在下面这五条实践的基础之上的。

每隔几个月,我就会收到一些勤奋有加的新手程序员的求助,他们希望知道如何才能成为一名真正优秀的程序员。在一些程序员论坛上,我也能看到为数不 少的类似问题,这是一个令人鼓舞的趋势。一些最周全的答案往往与我对这个问题的看法相似,这表明在基础的最佳实践上确实存在着某种一致。因此我下 面的建议并非原创,不过也许我的这些补充会提供给你更进一步的理解。

我印象中的新手程序员基本了解编程的原理,写过程序,但大多规模较小且复杂度不一,致力于某个领域的工作或自己或他人个人项目。

编程工作只有一种真正的基础活动,那就是写代码。要想擅于编程,你就必须编写大量的代码。 大量的工作可能成为一种促进你成长的工具,也可能是一些有限技能的重复练习。为了避免成为后者,你应该做到:

阅读大量代码。尤其是阅读大量由卓越程序员编写的代码。记住:不仅读那些坐在大厅里的优秀程序员的代码,更要读那些卓越程序员的。 在开源软件大行其道的今天,做到这些十分容易。当我学习Java时,我读了Tomcat的代码,读了Cruise Control CI服务器的代码。自从那时起,我已经读了大量优秀的代码。

阅读代码时很容易从main函数开始,但这样一来,你很可能会在初始化以及命令行解析代码上花费大量时间。我更喜欢根据源文件名寻找一些令我感兴 趣的功能实现,然后深入阅读这些源文件。理解整个项目或整体设计的来龙去脉并不是关键,做这些会让你感觉筋疲力尽的。阅读代码。查看注释,弄清楚 作者在做什么以及是如何着手做的。

彻底了解你的工具。我认为损耗编程时间最多的不是调试或重写代码,而是因开发人员对其所使用工具的不熟悉而导致的无数碎片时间的损 耗。我所指的工具包括:集成开发环境(IDE)、编程语言、构建系统以及版本控制系统。其中,集成开发环境和编程语言是到目前为止最为重要的。经 过几个星期的练习,你应该知道集成开发环境中的几乎每个按键组合,这样你只有在为了节省按键时间时才使用鼠标。如果你知道按键组合,你就知道了这 些命令。但如果你只使用鼠标,你只会知道菜单,菜单上面有你倾向于点击的相同的一个或两个条目。因此了解集成开发环境是一种不折不扣的纪律。

了解大型编程语言,诸如Java或C++,需要的不仅仅是纪律。它们自身规模庞大,它们的库亦规模庞大。阅读代码是我认为的了解编程语言最好的方式,阅读 那些使用了你所未知特性的代码并寻找机会使用它们。书籍(而不是博客)是另外一个极好的资料来源。了解你目前正在使用的特性的外围,很快你就会发现外围扩 大了。了解版本控制系统和构建系统将让你成为一个理想的团队成员 — 不会因为对重要操作的无知而浪费时间。

动手编码前先规划好你的代码。我认为这是建议列表中最难做的一项,但同时它也可能给你换来最多的益处。我所指的并不是正式的设计 – 在这个阶段正式设计一般不是必要的。不过你确实应该用一种其他方式精心策划一下代码,而不仅仅是将思路放在脑子里。最简单的方法就是编写一个小文档(我经 常使用的是思维导图):代码的需求是什么?你打算如何实现它?还有哪些目前未知的事情需要去了解?我需要或需要创建什么对象?将这些都写出来。只有在这样 之后开始编码,你才会发现代码变得更加容易编写了,更容易形成文档了,也更容易修改了。将你的笔记保存下来 – 它们将是很好的参考资料。

大量编写代码并进行代码评审。如果你那里不做代码评审,那你就自己来做。找出那些最好的程序员,并且你可以通过某种方式听 到和理解他们给你的有用的建议。别做令人讨厌的人,但也不能因为你害羞,忙碌或自负而回避这个过程。代码评审应该成为你编程人生的一部分。要有创造性。试 试在某个下午与比你更牛的程序员一起做结对编程。重要的是你需要反馈,而这些反馈是你自己无法给予自己的。

编码与写测试并驾齐驱。这也许是这里唯一有争议的一条。它并非是对TDD的认可(译注:测试驱动开发)。但这里要认可的是你的代码 在大多数要面对的场合里都是可以工作的。开始单元测试,并用边缘值测试新代码。例如,当传入一个负数或者是整型数最大值时,你的函数是否还能正常工作?如 果不能,你的函数是否抛出了一个信息详实的异常或只是崩溃退出?如果不是异常,你是否使用了断言(assert)来缩小输入的范围?如果这么做了,那就测 试这个断言。利用之前做的规划编写一些模拟(mock)测试,接下来用这些模拟对象去开始测试你的新代码。这将有助于阐明你当前代码中的设计问题以及即将 实现的对象。保存你的测试代码,在每次签入代码前都运行它们,这些测试将成为后续那些破坏你当前代码的新代码的早期预警系统。

还有许多建议和至理名言可以添加到这个列表中。但这本身就是问题的一部分:过多的建议将导致新手难于知道到底从何处开始。因此,我故意将我的建议缩减到仅 剩五点。如果你能勤奋地运用这五点建议实践,你会很快发现两件事情:你将可以逐步应付更大更重要的任务了,并且当你回首翻看你几个月之前编写的代码时,你 会觉得尴尬。

毫无疑问这两种感受都是你进步的标志。祝你好运!




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