Game Framework的两种实现方式

一年多前，曾经写过一篇关于Game Engine Framework的文章，当时基本上是为了巩固并加深对framework的理解。最近又做了一些关于framework的工作，对于framework的实现方式又有了些新的认识。虽然我现在做的已经完全不是game了，不过方式对于game也同样适用。

这篇文章主要希望通过一些示例性的C++代码介绍game framework的两种实现方式。首先，我还是搬出一年多前的那篇文章里的game流程图，以下的一些代码也主要基于这张图实现。对于图的细节在这里不再赘述，可以再去翻看之前的那篇文章。

1.通过继承

这是一种最传统的方式了，之前我一直使用这种方式。基本上是提供一个基类，基类封装并决定了整个程序控制流，同时基于该控制流，基类提供了一系列的接口（在C++里是虚函数），以供继承类override，并实现定制化的行为。就像下面的这个Game类，run函数决定了整个程序的执行逻辑，同时initialize，update，render等非纯虚函数则提供了接口以供用户定制并实现具体Game想要的行为。

// 通过继承来实现的framework
class Game
{
public:
	void run()
	{
		m_isQuit = false;
		initialize();
		while ( !m_isQuit ) 
		{
			handleInput();
			update();
			render();
		}
		destroy();
	}
	
protected:
	virtual void initialize() {}
	virtual void update() {}
	virtual void render() {}
	virtual void destroy() {}
	virtual void onMouse( Mouse mouse ) {}
	virtual void onKeyboard( Keyboard keyboard ) {}
	
private:
	void handleInput()
	{
		Event e;
		while ( popEvent( &e )  )
		{
			switch ( e.type ) 
			{
			case EVENT_QUIT:
				m_isQuit = true;
				break;
			case EVENT_MOUSE;
				onMouse( e.mouse );
				break;
			case EVENT_KEYBOARD:
				onKeyboard( e.keyboard );
				break;
			default:
				break;
			}
		}
	}
	
private:
	bool m_isQuit;
};

在上面的代码中，我把实现全部写在了类的定义头文件中，在这里只是为了省事，在现实中你最好还是分开在.h和.cpp文件中。而且在这里，Game类还可以做的更多，我这里只是为了说明实现方式，所以依照前面的流程图而尽量让它简单。另外，不要纠结这段代码中的Event，Mouse，Keyboard等几个类和popEvent方法，它们只是我为了将故事说得更圆满一点而假象出来的几个类，我想你应该能猜到它们是用来干嘛的。

基于此framework，一个具体的游戏只需要重写这些虚函数就可以了，像下面的这些代码。

class ConcreteGame : public Game
{
private:
	void initialize()
	{
		// do some real initialization
	}
	
	void update()
	{
		// do some real update
	}
	
	void render()
	{
		// do some real rendering
	}

	void destroy()
	{
		// do some real destroy
	}
	
	void onMouse( Mouse mouse )
	{
		// handle mouse event
	}
	
	void onKeyboard( Keyboard keyboard )
	{
		// handle keyboard event
	}
};

int main()
{
	ConcreteGame mygame;
	mygame.run();
	return 0;
}

2.通过Delegation模式

前一种方法有一个缺点，就是将程序的控制流和具体行为紧耦合在了一起，而且还必须使用继承，不易于扩展。现代软件设计的一些方法告诉我们，要尽量使用接口，且尽量使用组合而非继承。Delegation模式就可以帮我们达到这一目的。

何为Delegation模式，wiki上的解释一语中的：

Delegation is the simple yet powerful concept of handing a task over to another part of the program.

Delegation将一些task委托给程序的另外一部分来处理，以达到了行为使用者和具体行为的松耦合。

以下是通过Delegation模式重新实现的framework。

// 通过Delegation模式来实现的framework
class GameDelegation
{
public:
	virtual void initialize() {}
	virtual void update() {}
	virtual void render() {}
	virtual void destroy() {}
	virtual void onMouse( Mouse mouse ) {}
	virtual void onKeyboard( Keyboard keyboard ) {}
};

class Game
{
public:
	Game( GameDelegation *gameDelegation )
	{
		m_gameDelegation = gameDelegation;
	}
	
	void run()
	{
		m_isQuit = false;
		if ( m_gameDelegation == NULL )
		{
			return;
		}
		
		m_gameDelegation->initialize();
		while ( !m_isQuit ) 
		{
			handleInput();
			m_gameDelegation->update();
			m_gameDelegation->render();
		}
	}
	
private:
	void handleInput()
	{
		Event e;
		while ( popEvent( &e ) )
		{
			switch ( e.type ) 
			{
			case EVENT_QUIT:
				m_isQuit = true;
				break;
			case EVENT_MOUSE;
				m_gameDelegation->onMouse( e.mouse );
				break;
			case EVENT_KEYBOARD:
				m_gameDelegation->onKeyboard( e.keyboard );
				break;
			default:
				break;
			}
		}
	}
	
private:
	bool m_isQuit;
	GameDelegation *m_gameDelegation;
};

基于此framework，当需要具体实现一个游戏的时候，只需要实现GameDelegation接口即可，然后将Game类的GameDelegation设置为你所实现的具体的ConcreteGameDelegation类，代码如下。

class ConcreteGameDelegation : public GameDelegation
{
public:
	void initialize()
	{
		// do some real initialization
	}
	
	void update()
	{
		// do some real update
	}
	
	void render()
	{
		// do some real rendering
	}

	void destroy()
	{
		// do some real destroy
	}
	
	void onMouse( Mouse mouse )
	{
		// handle mouse event
	}
	
	void onKeyboard( Keyboard keyboard )
	{
		// handle keyboard event
	}
};

int main()
{
	ConcreteGameDelegation myGameDelegation;
	Game mygame( &myGameDelegation );
	mygame.run();
	return 0;
}

最近我正好做了一些iOS上开发的研究，发现Delegation在iOS框架中被普遍使用。比如，iOS中的每个应用程序对应的是一个UIApplication类，为每一个UIApplication，开发人员必须要实现一个特定的UIApplicationDelegate，并将它指定给当前的应用程序（在main函数中通过UIApplicationMain函数指定，或者是在nib文件中绑定）。在这个UIApplicationDelegate类中，开发人员就需要重写诸如didFinishLaunchingWithOptions，applicationWillTerminate这样的方法，就类似与上面game framework中的initialize，destroy等方法。当然iOS框架要复杂很多，它还用到其它一系列的设计模式，有空研究些这样设计是非常有趣的。

图片来自于这篇苹果官方关于iOS中delegation的介绍：http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/General/Conceptual/DevPedia-CocoaCore/Delegation.html