Mangos源码分析（15）：游戏对象的实现
融伯寅
狭义的游戏对象是指游戏世界中所能看到及可交互的对象，如玩家、怪物、物品等，我们这里也主要讨论这类对象在服务器上的组织及实现。
在大部分的MMOG中，游戏对象的类型都大同小异，主要有物品、生物、玩家等。比如在wow中，通过服务器发下来的GUID我们可以了解到，游戏中有9大类对象，包括物品(Item)、背包(Container)、生物(Unit)、玩家(Player)、游戏对象(GameObject)、动态对象(DynamicObject)、尸体(Corpse)等。
在mangos的实现中，对象使用类继承的方式，由Object基类定义游戏对象的公有接口及属性，包括GUID的生成及管理、构造及更新UpdateData数据的虚接口、设置及获取对象属性集的方法等。然后分出了两类派生对象，一是Item，另一是WorldObject。Item即物品对象，WorldObject顾名思义，为世界对象，即可添加到游戏世界场景中的对象，该对象类型定义了纯虚接口，也就是不可被实例化，主要是在Object对象的基础上又添加了坐标设置或获取的相关接口。
Item类型又派兵出了一类Bag对象，这是一种特殊的物品对象，其本身具有物品的所有属性及方法，但又可作为新的容器类型，并具有自己特有的属性和方法，所以实现上采用了派生。mangos在实现时对Bag的类型定义做了点小技巧，Item的类型为2，Bag的类型为6，这样在通过位的方式来表示类型时，Bag类型也就同时属于Item类型了。虽然只是很小的一个技巧，但在很多地方却带来了极大的便利。
从WorldObject派生出的类型就有好几种了，Unit、GameObject、DynamicObject和Corpse。Unit为所有生物类型的基类，同WorldObject一样，也不可被实例化。它定义了生物类型的公有属性，如种族、职业、性别、生命、魔法等，另外还提供了相关的一些操作接口。游戏中实际的生物对象类型为Creature，从Unit派生，另外还有一类派生对象Player为玩家对象。Player与Creature在实现上最大的区别是玩家的操作由客户端发来的消息驱动，而Creature的控制是由自己定义的AI对象来驱动，另外Player内部还包括了很多的逻辑系统实现。
另外还有两类特殊的Creature，Pet和Totem，其对象类型仍然还是生物类，只是实现上与会有些特殊的东西需要处理，所以在mangos中将其作为独立的派生类，只是实现上的一点处理。另外在GameObject中也实现有派生对象，最终的继承关系图比较简单，就不麻烦地去画图了。
从我所了解的早期游戏实现来看，大部分的游戏对象结构都是采用的类似这种方式。可能与早期对面向对象的理解有关，当面向对象的概念刚出来时，大家认为继承就是面向对象的全部，所以处处皆对象，处处皆继承。
类实现的是一种封装，虽然从云风那里出来的弃C++而转投C的声音可能会影响一部分人，但是，使用什么语言本身就是个人喜好及团队整体情况决定的。我们所要的也是最终的实现结果，至于中间的步骤，完全看个人。还是用云风的话说，这只是一种信仰问题，我依然采用我所熟悉的C++，下面的描述也是如此。
随着面向对象技术的深入，以及泛型等概念的相继提出，软件程序结构方面的趋势也有了很大改变。C++大师们常说的话中有一句是这样说的，尽是采用组合而不是继承。游戏对象的实现也有类似的转变，趋向于以组合的方式来实现游戏对象类型，也就是实现一个通用的entity类型，然后以脚本定义的方式组合出不同的实际游戏对象类型。
描述的有些抽象，具体实现下一篇来仔细探讨下。
在游戏编程精粹四有三篇文章讲到了实体以及实体管理的实现方案，其中一篇文章说到了实体管理系统的四大要素：定义实体怎样沟通的实体消息，实现一实体类代码和数据的实体代码，维护已经注册在案的实体类列表，和用来创建、管理、发送消息的实体管理器。
关于实体消息的内容之前讨论事件机制的时候做过一点说明，其实这也就是按接口调用和按消息驱动的区别，现在mangos的做法是完全的接口调用，所以引擎内部就没有任何的实体消息。实体代码实现和实体管理器是我们重点要讨论的内容。
另有一篇文章也提到了使用类继续的方式实现游戏对象的两大问题，一是它要求系统中的所有对象都必须从一个起点衍生而成，也就是说所有对象类在编译的时候已经确定，这可能是一个不受欢迎的限制，如果开发者决定添加新的对象类，则必须要对基类有所了解，方能支持新类。另一个问题在于所有的对象类都必须实现同样的一些底层函数。
对于第二个问题，可以通过接口继承的方式来避免基类的方法太多。在mangos的实现中就采用了类似的方法，从Object虚基类派生的Unit和WorldObject仍然还是不可实例化的类，这两种对象定义了不同的属性和方法，分来实现不同类型的对象。在游戏内部可以根据对象的实际类型来Object指针向下转型为Unit或WorldObject，以调用需要的接口。方法虽然不够OO，也还能解决问题。但是第一个问题是始终无法避免的。
所以我们便有了通用实体这么一个概念，其主要方法是将原来基类的接口进行分类，分到一个个不同的子类中，然后以对象组合的方式来生成我们所需要的实际游戏对象类型。这个组合的过程可以通过脚本定义的方式，这样便可以在运行时生成为同的对象类型，也就解决了上面提到的第一个问题。
通用实体的实现方法在目前的游戏引擎及开源代码中也可以看到影子。一个是BigWorld，从提供的资料来看，其引擎只提供了一个entity游戏对象，然后由游戏内容实现者通过xml和python脚本来自由定义不同类型的entity类型，每种类型可有不同的property和不同的方法。这样原来由基类定义的接口完全转移到脚本定义，具有非常强的灵活性。
另外还有一个是CEL中的entity实现。按照CEL的描述，entity可以是游戏中的任意对象，包括玩家可交互的对象，如钥匙、武器等，也可以包括不能直接交互的对象，如游戏世界，甚至任务链中的一部分等。entity本身并没有任何特性，具体的功能实现需要靠附加property来完成。简单来说，property才定义了entity可以做什么，至于该怎么做，那又是依靠behavior来定义。所以，最终在CEL中一个游戏对象其实是由entity组合了多个property及多个behavior而生成的。
但是CEL中的property与BigWorld中的property意义不大一样，在CEL中可定义的property其实是引擎内部要先提供的，比如其示例中所举的pcobject.mesh、pcmove.linear、pctools.inventory等，而BigWorld中的property是完全的自由定制。从这个角度来讲，其实可以把CEL中的property看作是游戏的逻辑系统，也就是我们上面所描述的，接口分类后所定义的子类。
由引擎内部提供可选择的property与BigWorld所采用的完全自由定制property其实本质上是相同的。在用BigWorld实现的游戏中，也不可能为每种游戏对象类型都完全从头定义property，基于代码利用的原则，也会先定义一些小类，然后在entity类型定义时以自定义property的方式来包含这些小类。当然，我没有使用过BigWorld，上面的描述也只是基于游戏实现的大原则所做出来的。
描述的依然有些抽象，我们可以用wow及mangos代码来说明一下。mangos中为object定义了一个属性集合，根据对象类型的不同，这个属性集的大小及保存数据也会有差异，另外游戏对象内部含有处理不同游戏逻辑的系统，如RestSystem、FloodFilterSystem、VariousSystem等等，在player.h中以接口组的方式进行定义。
如果要将这种结构改为我们描述的通用entity系统，可以让object只提供property注册和删除的接口，这里的property定义与CEL中的相同，放在mangos中也就是上面说的RestSystem、FloodFilterSystem、VariousSystem这些。然后也通过xml文件的方式定义我们所需要的游戏对象类型，如player,creature,item等，不同的对象类型可以选择加载不同的property，加载的原则是需要哪些功能就加载哪些property。
对象的定义按上面的方法完成后，对象的实现也需要做一些修改。以前客户端的消息是直接交由player来处理，AI也是直接调用creature的接口来完成一些功能，现在通用的entity内部已经没有任何可用的方法，所有的实现都转到了property中，所以需要由各个property实现自己来注册感兴趣的事件及消息，entity实现一个消息的转发，转给对此感兴趣的property来处理。其余的实现就没有什么不同了。
当然，我们再做一点扩展，让property不光由引擎来提供，用脚本本身也能定义property，并且可以通过xml来注册这些property，这样便实现了与BigWorld一样的完全自由特性。这其实也就是将很多用C++实现的功能转移到了python中，这种做法可作为参考，但不一定对所有人合适，至少在我看来，这样的实现也基本只能由程序员来做，所以让程序员选择自己最擅长的语言可能会更易于开发和调试。
有关游戏对象实现的描述，前面两篇文章中说的不甚清楚，主要是一直都要引用网上能够找到的资料来进行描述，以避免与公司引起不必要的麻烦。所以语言有些拼凑的感觉，举的例子也很不恰当，今天正好看到了游戏编程精粹五和六上的两篇文章，内容都差不多，<<基于组件的对象管理>>和<<基于组件的游戏对象系统>>，说的也是我上两篇文章想要描述的内容，所以再补一篇，引用其中的部分文字进行明确的说明。
传统的游戏对象管理系统采用继承的方式来实现，例如，所有的子类都从CObject派生。大多数情况下，直接派生的也是抽象类，其中带一些功能而另一些子类则不带这些功能，比如可控制/不可控制，可动画/不可动画等。mangos的实现中基本就是这种情况，从Object直接派生的Unit和WorldObject都是不可直接实例化的类。
传统方法的问题在于无法应对需求的变化，如要求武器也有动画效果时就无法处理了。如果硬要是这样做，那随着需求的啬，很多的方法会被放到基类中，最终的结果是继承树变得越来越头重脚轻，这样的类会丧失它的内聚性，因为它们试图为所有对象完成所有的事。
就是说到最后，基类会有一个很长的接口列表，而很多的游戏对象类型根本不需要实现其中的一些甚至大部分接口，但是按照这种结构却又必须去实现。以至于于实现一个非常庞大的对象，而且想要修改一点功能会导致系统的大调整。
我们希望的系统是可以将现有的功能组合到新的对象中，并且在将新的功能添加到现有的对象中时不需要重构大量的代码和调整继承树的结构。
实现的方法就是从组件来创建一个对象。组件是一个包含所有相关数据成员和方法的类，它完成某个特定的任务。把几个组件组合在一起就可以创建一个新的对象。如把Entity组件、Render组件和Collectable组件组合在一起生成了一个Spoon对象。Entity组件让我们可以把对象放到游戏世界中，Render组件让我们可以为对象指定一个模型进行渲染，而Collectable组件让我们可以拾取这个对象。
关于组件的实现，所有的组件都从一个基础组件接口派生，可称其为IComponent。每个组件也有自己的接口定义，并且这个接口也需要从IComponent派生，类似于这样：IComponent -- ICmpRender -- CCmpRender
这里的每个组件也就是我在上一篇中所说的由引擎提供的属性，或者说在BigWorld中自己实现然后定义的属性，或者使用mangos中的定义，就是一个个的System，虽然mangos并没有将其完全做成组件，但是通过其代码注释可以看到，接口也是按功能组进行了分类，如果要拆分成组件也是比较方便的。
组件之间的通信有两种方法，一是用组件ID查询到组件接口指针，然后调用接口方法；二是使用消息的方式，向对象中所有组件发消息。在初始化的时候，每一个组件类型都会告诉对象管理器应该接收什么样的消息。
查询接口的方法也就是直接的方法调用，只不过接口不是全部在基类中，所以必须先查询到指定的组件然后才能调用其接口。消息的使用前面已经说过多次，其实现方案也有过说明。
最后是关于游戏对象功能的扩展和游戏对象的定义。需要扩展功能也就是需要实现一个新的组件，或者修改现在组件。在大多数情况下，扩展都不会引起结构的很大调整，受影响的最多只是使用到该组件的部分代码。
游戏对象定义可采用完全数据驱动的方式，使用xml或者脚本语言来定义对象类型，以及每个类型需要加载的组件。对象类型注册到对象管理器后，由管理器提供创建指定类型的对象的方法。数据驱动的方式能够让策划自由定义游戏对象类型，并且随时可自由创建新的对象类型。
在大部分的MMOG中，游戏对象的类型都大同小异，主要有物品、生物、玩家等。比如在wow中，通过服务器发下来的GUID我们可以了解到，游戏中有9大类对象，包括物品(Item)、背包(Container)、生物(Unit)、玩家(Player)、游戏对象(GameObject)、动态对象(DynamicObject)、尸体(Corpse)等。
在mangos的实现中，对象使用类继承的方式，由Object基类定义游戏对象的公有接口及属性，包括GUID的生成及管理、构造及更新UpdateData数据的虚接口、设置及获取对象属性集的方法等。然后分出了两类派生对象，一是Item，另一是WorldObject。Item即物品对象，WorldObject顾名思义，为世界对象，即可添加到游戏世界场景中的对象，该对象类型定义了纯虚接口，也就是不可被实例化，主要是在Object对象的基础上又添加了坐标设置或获取的相关接口。
Item类型又派兵出了一类Bag对象，这是一种特殊的物品对象，其本身具有物品的所有属性及方法，但又可作为新的容器类型，并具有自己特有的属性和方法，所以实现上采用了派生。mangos在实现时对Bag的类型定义做了点小技巧，Item的类型为2，Bag的类型为6，这样在通过位的方式来表示类型时，Bag类型也就同时属于Item类型了。虽然只是很小的一个技巧，但在很多地方却带来了极大的便利。
从WorldObject派生出的类型就有好几种了，Unit、GameObject、DynamicObject和Corpse。Unit为所有生物类型的基类，同WorldObject一样，也不可被实例化。它定义了生物类型的公有属性，如种族、职业、性别、生命、魔法等，另外还提供了相关的一些操作接口。游戏中实际的生物对象类型为Creature，从Unit派生，另外还有一类派生对象Player为玩家对象。Player与Creature在实现上最大的区别是玩家的操作由客户端发来的消息驱动，而Creature的控制是由自己定义的AI对象来驱动，另外Player内部还包括了很多的逻辑系统实现。
另外还有两类特殊的Creature，Pet和Totem，其对象类型仍然还是生物类，只是实现上与会有些特殊的东西需要处理，所以在mangos中将其作为独立的派生类，只是实现上的一点处理。另外在GameObject中也实现有派生对象，最终的继承关系图比较简单，就不麻烦地去画图了。
从我所了解的早期游戏实现来看，大部分的游戏对象结构都是采用的类似这种方式。可能与早期对面向对象的理解有关，当面向对象的概念刚出来时，大家认为继承就是面向对象的全部，所以处处皆对象，处处皆继承。
类实现的是一种封装，虽然从云风那里出来的弃C++而转投C的声音可能会影响一部分人，但是，使用什么语言本身就是个人喜好及团队整体情况决定的。我们所要的也是最终的实现结果，至于中间的步骤，完全看个人。还是用云风的话说，这只是一种信仰问题，我依然采用我所熟悉的C++，下面的描述也是如此。
随着面向对象技术的深入，以及泛型等概念的相继提出，软件程序结构方面的趋势也有了很大改变。C++大师们常说的话中有一句是这样说的，尽是采用组合而不是继承。游戏对象的实现也有类似的转变，趋向于以组合的方式来实现游戏对象类型，也就是实现一个通用的entity类型，然后以脚本定义的方式组合出不同的实际游戏对象类型。
描述的有些抽象，具体实现下一篇来仔细探讨下。
在游戏编程精粹四有三篇文章讲到了实体以及实体管理的实现方案，其中一篇文章说到了实体管理系统的四大要素：定义实体怎样沟通的实体消息，实现一实体类代码和数据的实体代码，维护已经注册在案的实体类列表，和用来创建、管理、发送消息的实体管理器。
关于实体消息的内容之前讨论事件机制的时候做过一点说明，其实这也就是按接口调用和按消息驱动的区别，现在mangos的做法是完全的接口调用，所以引擎内部就没有任何的实体消息。实体代码实现和实体管理器是我们重点要讨论的内容。
另有一篇文章也提到了使用类继续的方式实现游戏对象的两大问题，一是它要求系统中的所有对象都必须从一个起点衍生而成，也就是说所有对象类在编译的时候已经确定，这可能是一个不受欢迎的限制，如果开发者决定添加新的对象类，则必须要对基类有所了解，方能支持新类。另一个问题在于所有的对象类都必须实现同样的一些底层函数。
对于第二个问题，可以通过接口继承的方式来避免基类的方法太多。在mangos的实现中就采用了类似的方法，从Object虚基类派生的Unit和WorldObject仍然还是不可实例化的类，这两种对象定义了不同的属性和方法，分来实现不同类型的对象。在游戏内部可以根据对象的实际类型来Object指针向下转型为Unit或WorldObject，以调用需要的接口。方法虽然不够OO，也还能解决问题。但是第一个问题是始终无法避免的。
所以我们便有了通用实体这么一个概念，其主要方法是将原来基类的接口进行分类，分到一个个不同的子类中，然后以对象组合的方式来生成我们所需要的实际游戏对象类型。这个组合的过程可以通过脚本定义的方式，这样便可以在运行时生成为同的对象类型，也就解决了上面提到的第一个问题。
通用实体的实现方法在目前的游戏引擎及开源代码中也可以看到影子。一个是BigWorld，从提供的资料来看，其引擎只提供了一个entity游戏对象，然后由游戏内容实现者通过xml和python脚本来自由定义不同类型的entity类型，每种类型可有不同的property和不同的方法。这样原来由基类定义的接口完全转移到脚本定义，具有非常强的灵活性。
另外还有一个是CEL中的entity实现。按照CEL的描述，entity可以是游戏中的任意对象，包括玩家可交互的对象，如钥匙、武器等，也可以包括不能直接交互的对象，如游戏世界，甚至任务链中的一部分等。entity本身并没有任何特性，具体的功能实现需要靠附加property来完成。简单来说，property才定义了entity可以做什么，至于该怎么做，那又是依靠behavior来定义。所以，最终在CEL中一个游戏对象其实是由entity组合了多个property及多个behavior而生成的。
但是CEL中的property与BigWorld中的property意义不大一样，在CEL中可定义的property其实是引擎内部要先提供的，比如其示例中所举的pcobject.mesh、pcmove.linear、pctools.inventory等，而BigWorld中的property是完全的自由定制。从这个角度来讲，其实可以把CEL中的property看作是游戏的逻辑系统，也就是我们上面所描述的，接口分类后所定义的子类。
由引擎内部提供可选择的property与BigWorld所采用的完全自由定制property其实本质上是相同的。在用BigWorld实现的游戏中，也不可能为每种游戏对象类型都完全从头定义property，基于代码利用的原则，也会先定义一些小类，然后在entity类型定义时以自定义property的方式来包含这些小类。当然，我没有使用过BigWorld，上面的描述也只是基于游戏实现的大原则所做出来的。
描述的依然有些抽象，我们可以用wow及mangos代码来说明一下。mangos中为object定义了一个属性集合，根据对象类型的不同，这个属性集的大小及保存数据也会有差异，另外游戏对象内部含有处理不同游戏逻辑的系统，如RestSystem、FloodFilterSystem、VariousSystem等等，在player.h中以接口组的方式进行定义。
如果要将这种结构改为我们描述的通用entity系统，可以让object只提供property注册和删除的接口，这里的property定义与CEL中的相同，放在mangos中也就是上面说的RestSystem、FloodFilterSystem、VariousSystem这些。然后也通过xml文件的方式定义我们所需要的游戏对象类型，如player,creature,item等，不同的对象类型可以选择加载不同的property，加载的原则是需要哪些功能就加载哪些property。
对象的定义按上面的方法完成后，对象的实现也需要做一些修改。以前客户端的消息是直接交由player来处理，AI也是直接调用creature的接口来完成一些功能，现在通用的entity内部已经没有任何可用的方法，所有的实现都转到了property中，所以需要由各个property实现自己来注册感兴趣的事件及消息，entity实现一个消息的转发，转给对此感兴趣的property来处理。其余的实现就没有什么不同了。
当然，我们再做一点扩展，让property不光由引擎来提供，用脚本本身也能定义property，并且可以通过xml来注册这些property，这样便实现了与BigWorld一样的完全自由特性。这其实也就是将很多用C++实现的功能转移到了python中，这种做法可作为参考，但不一定对所有人合适，至少在我看来，这样的实现也基本只能由程序员来做，所以让程序员选择自己最擅长的语言可能会更易于开发和调试。
有关游戏对象实现的描述，前面两篇文章中说的不甚清楚，主要是一直都要引用网上能够找到的资料来进行描述，以避免与公司引起不必要的麻烦。所以语言有些拼凑的感觉，举的例子也很不恰当，今天正好看到了游戏编程精粹五和六上的两篇文章，内容都差不多，<<基于组件的对象管理>>和<<基于组件的游戏对象系统>>，说的也是我上两篇文章想要描述的内容，所以再补一篇，引用其中的部分文字进行明确的说明。
传统的游戏对象管理系统采用继承的方式来实现，例如，所有的子类都从CObject派生。大多数情况下，直接派生的也是抽象类，其中带一些功能而另一些子类则不带这些功能，比如可控制/不可控制，可动画/不可动画等。mangos的实现中基本就是这种情况，从Object直接派生的Unit和WorldObject都是不可直接实例化的类。
传统方法的问题在于无法应对需求的变化，如要求武器也有动画效果时就无法处理了。如果硬要是这样做，那随着需求的啬，很多的方法会被放到基类中，最终的结果是继承树变得越来越头重脚轻，这样的类会丧失它的内聚性，因为它们试图为所有对象完成所有的事。
就是说到最后，基类会有一个很长的接口列表，而很多的游戏对象类型根本不需要实现其中的一些甚至大部分接口，但是按照这种结构却又必须去实现。以至于于实现一个非常庞大的对象，而且想要修改一点功能会导致系统的大调整。
我们希望的系统是可以将现有的功能组合到新的对象中，并且在将新的功能添加到现有的对象中时不需要重构大量的代码和调整继承树的结构。
实现的方法就是从组件来创建一个对象。组件是一个包含所有相关数据成员和方法的类，它完成某个特定的任务。把几个组件组合在一起就可以创建一个新的对象。如把Entity组件、Render组件和Collectable组件组合在一起生成了一个Spoon对象。Entity组件让我们可以把对象放到游戏世界中，Render组件让我们可以为对象指定一个模型进行渲染，而Collectable组件让我们可以拾取这个对象。
关于组件的实现，所有的组件都从一个基础组件接口派生，可称其为IComponent。每个组件也有自己的接口定义，并且这个接口也需要从IComponent派生，类似于这样：IComponent -- ICmpRender -- CCmpRender
这里的每个组件也就是我在上一篇中所说的由引擎提供的属性，或者说在BigWorld中自己实现然后定义的属性，或者使用mangos中的定义，就是一个个的System，虽然mangos并没有将其完全做成组件，但是通过其代码注释可以看到，接口也是按功能组进行了分类，如果要拆分成组件也是比较方便的。
组件之间的通信有两种方法，一是用组件ID查询到组件接口指针，然后调用接口方法；二是使用消息的方式，向对象中所有组件发消息。在初始化的时候，每一个组件类型都会告诉对象管理器应该接收什么样的消息。
查询接口的方法也就是直接的方法调用，只不过接口不是全部在基类中，所以必须先查询到指定的组件然后才能调用其接口。消息的使用前面已经说过多次，其实现方案也有过说明。
最后是关于游戏对象功能的扩展和游戏对象的定义。需要扩展功能也就是需要实现一个新的组件，或者修改现在组件。在大多数情况下，扩展都不会引起结构的很大调整，受影响的最多只是使用到该组件的部分代码。
游戏对象定义可采用完全数据驱动的方式，使用xml或者脚本语言来定义对象类型，以及每个类型需要加载的组件。对象类型注册到对象管理器后，由管理器提供创建指定类型的对象的方法。数据驱动的方式能够让策划自由定义游戏对象类型，并且随时可自由创建新的对象类型。
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