用C++寫一個沒人用的ECS

github地址：https://github.com/yangrc1234/Resecs

在做大作業的時候自己實現了一個簡單的ECS，起了個名字叫Resecs。
這里提一下一些實現的細節，作為回顧。
用到最多的是C++11的可變參數模板的feature。多虧了它，很多想法可以用很少的代碼實現。

最后用這個ecs系統作為邏輯層，加上之前做的openGL練習，拼拼湊湊做了個貪吃蛇出來，當作業交了

Components存儲

在Resecs中，Component的存儲由World對象來管理。
每當World被實例化，它就會為每種Component去申請一整塊連續的內存，可容納數量等於Entity個數上限。
連續一整塊內存的好處，就是減少cache miss，提高性能。（雖然做一個貪吃蛇並不需要什么性能）
每個Component內存塊中，相同的下標的Component組合起來，表示一個Entity。
在Resecs中，所有自定義的Component都要繼承自Component類，這個類僅有一個字段，actived，表示該Component是否被激活。
只有當一個Component的actived為true時，才表示這個Entity的確擁有這個Component。

這里似乎是有優化空間，我們把actived從每個Component里提出來，用一個bitset做存儲。這樣可以得到一些額外的內存。

Entity表示

在實現中，我們用2個整數去唯一表示一個Entity（唯一的意思是，刪除了這個Entity，這個Entity就找不回來了，不會因為下標相同又活過來），一個是index，另一個是generation，兩個數合起來我們稱為EntityID（見EntityID.hpp）。其中index表示它在內存中的位置，generation需要更多解釋。

在實現這個系統的過程中，有一個需求是，當我們手里拿着一個EntityID的時候，我們需要知道它是不是已經被摧毀。

方案一，我們僅保存一個index。然后world里保存一個alive數組，alive[index] == true，表示這個Entity活着。
這個方法，乍看上去很美好，實際上這個方法要求一個index被使用后就不能再次使用了，否則我們在一個系統中摧毀一個Entity，再重建這個Entity，此時alive[index]==true成立，但是該Entity已經不再是原來那個Entity了。

方案二，我們在EntityID中增加一個字段generation，world里也有一個generation數組，默認為全0。當我們創建一個Entity時，不僅把alive[index] = true，同時將generation[index]賦值給被創建的EntityID中去。
同時，在World摧毀一個Entity的時候，我們需要把被摧毀的Entity對應的generation的數字增加1。
當alive[index] == true，並且generation[index] == generation的時候，我們才認為這個Entity活着。
如果同樣位置被創建了一個Entity，此時我們拿着被摧毀Entity的EntityID進行比較時，因為generation不同，我們還是認為這個Entity已經被摧毀。
這個方案，當generation數組中某個元素溢出之后會出現問題，但是這個概率，emmmmmm

在代碼中，我用uint32_t表示index，int表示generation。實際上這個大小完全可以壓縮一下。

實際使用的時候，如果每次都根據EntityID去手動設置world里對應Component，有點寒酸；我這里加了一個包裝類Entity（這里是類名Entity，上文中的不是），這個類是World的內部類，通過world->GetEntityHandle(EntityID)獲得，實際內容就是一個EntityID和指向world的指針；用戶通過這個Entity類進行操作，就很舒服；然后把world的操作Component的方法設為private，讓用戶只能通過Entity來操作Component，接口就很干凈了。

Singleton Component

實現中加了一個接口，ISingletonComponent，這個接口沒有任何作用，但是通過std::is_base_of，我們可以知道一個類是否繼承了這個接口。
如果一個Component繼承了該接口，我們在申請內存的時候，只為它申請大小為1的空間，於是我們就可以通過下標為來訪問Singleton Component了。
在World被創建時，會自動創建一個Entity，該Entity相當於占住了0號內存空間，來防止意外操作。

Get<T>、Set<T>的實現細節

在開始實現Resecs之前，因為我對模板編程並不熟悉，這是讓我最擔心的一部分。
理想狀態下，我們使用Get<T>，應該能直接計算出內存地址，並返回這個Component的指針，沒有任何的多余操作。

先來看一下我在World里是怎么保存這些Component的內存池的。

		using pComponent = Component*;
		/* all components stores here.
		The pComponent type actually doesn't do anything. Replace the pointer with (void*) will also work. Doing so makes it easier to understand.
		To actually get to a component, a static_cast<T*> is needed before using index.
		*/
		pComponent* components; 

非常簡單，一個二級指針，用pComponent僅僅是為了方便理解；
在釋放內存的時候，要注意先cast到對應的type的指針，再去delete[]，不然就ub了

對於每一種Component的內存池，我們把它們安排在對應的位置。在初始化中，我們有如下代碼：

		World() {
			components = new pComponent[sizeof...(TComps)];
			InitializeComponents<0, TComps...>();
			memset(generation, 0, sizeof(generation));
			memset(alive, 0, sizeof(alive));
			CreateEntity();	//create the singleton Entity.
		}

		template<int index, class T>
		void InitializeComponents() {
			if (std::is_base_of<ISingletonComponent, T>::value) {
				components[index] = static_cast<Component*>(new T[1]);
			}
			else {
				components[index] = static_cast<Component*>(new T[entityPoolSize]);
			}
		}

		template<int index, class T, class V, class... U>
		void InitializeComponents() {
			InitializeComponents<index, T>();
			InitializeComponents<index + 1, V, U...>();
		}

這里用到了C++11的新特性，可變參數模板。如果你不熟悉的話，我在這里簡單講講執行流程：
在構造函數第一行，我們初始化components為 new pComponent[sizeof...(TComps)]。其中sizeof...(TComps)返回TComps中參數的個數。這一行相信都能懂。
之后調用初始化InitializeComponents，該方法會遞歸地在對應的components下標上執行一個new，最終完成初始化。

初始化完畢后，components里，對應下標存儲着對應模板參數中的Component數據。
比如我們創建一個World<CompA,CompB,CompC>。那么components[0]，保存的是所有的CompA，components[1]，保存的是所有CompB……
那么問題來了，要怎么實現T* Get ()；C++並沒有"給定一個T，返回T在Ts...中對應位置"的辦法。

所幸的是萬能的谷歌有答案，通過模板元編程，我們是可以獲得T在Ts...中對應下標的，代碼如下：

	template <typename T, typename... Ts>
	struct Index;

	template <typename T, typename... Ts>
	struct Index<T, T, Ts...> : std::integral_constant<std::uint16_t, 0> {};

	template <typename T, typename U, typename... Ts>
	struct Index<T, U, Ts...> : std::integral_constant<std::uint16_t, 1 + Index<T, Ts...>::value> {};

使用該代碼的GetComponent方法：

		template<class T>
		T* GetComponent(EntityIndex_t entityID) noexcept {
			auto index = Index<T, TComps...>::value;
			T* ptr = static_cast<T*>(components[index]);
			return ptr + entityID;
		}

同時index的求值發生在編譯期，可以說是非常理想了。

Group

Group的實現用到了上一篇文章中的監聽者系統；
其實非常簡單，World實現了Component添加刪除的事件，Group去監聽事件，然后對每個有狀況的Entity，都去查一下是否符合條件就ok了。符合條件的，塞到自己的Hashset（unordered_set）里，不符合的，從HashSet里刪掉（如果有）。
目前來看這個實現頗為暴力，有機會想想能不能優化。
HashSet中保存的是EntityID，但是我另外實現了一個Iterator，在迭代的時候，先用EntityID生成一個Entity再返回，用的時候就很舒服了。