Extra2D/include/renderer/renderer_module.h

#pragma once

#include <array>
#include <event/events.h>
#include <module/module.h>
#include <module/module_registry.h>
#include <queue>
#include <renderer/material.h>
#include <renderer/mesh.h>
#include <renderer/render_types.h>
#include <renderer/shader.h>
#include <renderer/texture.h>
#include <renderer/uniform_buffer.h>
#include <renderer/viewport_adapter.h>
#include <vector>

namespace extra2d {

/**
 * @brief 渲染器模块
 *
 * 核心渲染系统模块，负责：
 * - 通过事件接收渲染命令
 * - 自动批处理和排序
 * - GPU 资源管理
 * - 执行实际渲染
 */
class RendererModule : public Module {
  // 自动注册到模块系统，优先级为 3（在 Window、Timer、Input 之后）
  E2D_REGISTER_MODULE(RendererModule, "Renderer", 3)

public:
  /**
   * @brief 默认构造函数
   */
  RendererModule();

  /**
   * @brief 析构函数
   */
  ~RendererModule() override;

  // 禁止拷贝
  RendererModule(const RendererModule &) = delete;
  RendererModule &operator=(const RendererModule &) = delete;

  // 允许移动
  RendererModule(RendererModule &&) noexcept;
  RendererModule &operator=(RendererModule &&) noexcept;

  /**
   * @brief 初始化模块
   *
   * 绑定事件监听器，等待窗口显示事件进行 GL 初始化
   *
   * @return 初始化是否成功
   */
  bool init() override;

  /**
   * @brief 关闭模块
   *
   * 清理所有渲染资源
   */
  void shutdown() override;

  //===========================================================================
  // 资源注册接口（供其他模块使用）
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 注册材质
   * @param material 材质对象
   * @return 材质句柄
   */
  MaterialHandle registerMaterial(Ptr<Material> material);

  /**
   * @brief 注册网格
   * @param mesh 网格对象
   * @return 网格句柄
   */
  MeshHandle registerMesh(Ptr<Mesh> mesh);

  /**
   * @brief 注册纹理
   * @param texture 纹理对象
   * @return 纹理句柄
   */
  TextureHandle registerTexture(Ptr<Texture> texture);

  /**
   * @brief 注销材质
   * @param handle 材质句柄
   */
  void unregisterMaterial(MaterialHandle handle);

  /**
   * @brief 注销网格
   * @param handle 网格句柄
   */
  void unregisterMesh(MeshHandle handle);

  /**
   * @brief 注销纹理
   * @param handle 纹理句柄
   */
  void unregisterTexture(TextureHandle handle);

  /**
   * @brief 获取材质
   * @param handle 材质句柄
   * @return 材质对象，无效句柄返回 nullptr
   */
  Ptr<Material> getMaterial(MaterialHandle handle);

  /**
   * @brief 获取网格
   * @param handle 网格句柄
   * @return 网格对象，无效句柄返回 nullptr
   */
  Ptr<Mesh> getMesh(MeshHandle handle);

  /**
   * @brief 获取纹理
   * @param handle 纹理句柄
   * @return 纹理对象，无效句柄返回 nullptr
   */
  Ptr<Texture> getTexture(TextureHandle handle);

  //===========================================================================
  // 默认资源
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 获取默认材质句柄
   * @return 默认材质句柄
   */
  MaterialHandle getDefaultMaterialHandle() const {
    return defaultMaterialHandle_;
  }

  /**
   * @brief 获取默认四边形网格句柄
   * @return 默认四边形网格句柄
   */
  MeshHandle getDefaultQuadHandle() const { return defaultQuadHandle_; }

  /**
   * @brief 获取默认纹理句柄（1x1 白色纹理）
   * @return 默认纹理句柄
   */
  TextureHandle getDefaultTextureHandle() const {
    return defaultTextureHandle_;
  }

  //===========================================================================
  // 渲染状态设置
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 设置视口
   * @param x 视口左上角 X 坐标
   * @param y 视口左上角 Y 坐标
   * @param width 视口宽度
   * @param height 视口高度
   */
  void setViewport(int32 x, int32 y, int32 width, int32 height);

  /**
   * @brief 清除缓冲区
   * @param color 清除颜色
   * @param flags 清除标志（组合使用 CLEAR_COLOR_FLAG, CLEAR_DEPTH_FLAG,
   * CLEAR_STENCIL_FLAG）
   */
  void clear(const Color &color, uint32 flags = CLEAR_COLOR_FLAG);

  /**
   * @brief 获取视口适配器
   * @return 视口适配器引用
   */
  ViewportAdapter &getViewportAdapter() { return viewportAdapter_; }

  /**
   * @brief 获取视口适配器（const版本）
   * @return 视口适配器const引用
   */
  const ViewportAdapter &getViewportAdapter() const { return viewportAdapter_; }

private:
  //===========================================================================
  // 事件处理器
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 渲染开始事件处理
   *
   * 清空命令缓冲区，重置统计信息
   */
  void onRenderBegin();

  /**
   * @brief 渲染提交事件处理
   * @param cmd 渲染命令
   */
  void onRenderSubmit(const RenderCommand &cmd);

  /**
   * @brief 渲染设置相机事件处理
   * @param viewProj 视图投影矩阵
   */
  void onRenderSetCamera(const Mat4 &viewProj);

  /**
   * @brief 渲染结束事件处理
   *
   * 排序命令，批处理并执行绘制
   */
  void onRenderEnd();

  /**
   * @brief 窗口大小改变事件处理
   * @param width 新宽度
   * @param height 新高度
   */
  void onResize(int32 width, int32 height);

  /**
   * @brief 窗口显示事件处理
   *
   * 延迟 GL 初始化到窗口显示时
   */
  void onWindowShow();

  //===========================================================================
  // 渲染执行
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 排序渲染命令
   *
   * 根据 sortKey 对命令进行排序以优化绘制顺序
   */
  void sortCommands();

  /**
   * @brief 批处理并绘制
   *
   * 将相同材质和网格的命令合并批次绘制
   */
  void batchAndDraw();

  /**
   * @brief 绘制批次
   * @param start 批次起始索引
   * @param count 批次命令数量
   * @param materialHandle 材质句柄
   * @param meshHandle 网格句柄
   */
  void drawBatch(uint32 start, uint32 count, MaterialHandle materialHandle,
                 MeshHandle meshHandle);

  /**
   * @brief 执行单个渲染命令
   * @param cmd 渲染命令
   */
  void executeCommand(const RenderCommand &cmd);

  //===========================================================================
  // 默认资源创建与销毁
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 创建默认资源
   * @return 创建是否成功
   */
  bool createDefaultResources();

  /**
   * @brief 销毁默认资源
   */
  void destroyDefaultResources();

  //===========================================================================
  // 资源句柄管理
  //===========================================================================

  /**
   * @brief 资源槽位结构
   *
   * 用于管理资源对象和句柄生命周期
   */
  struct ResourceSlot {
    Ptr<Material> material;
    Ptr<Mesh> mesh;
    Ptr<Texture> texture;
    uint32 generation = 0;
    bool active = false;
  };

  /**
   * @brief 句柄池模板类
   *
   * 管理资源句柄的分配和回收
   */
  template <typename T> struct HandlePool {
    std::vector<ResourceSlot> slots;
    std::queue<uint32> freeIndices;
    uint32 nextGeneration = 1;

    /**
     * @brief 分配新句柄
     * @return 编码后的句柄（高32位索引，低32位世代）
     */
    uint64 acquire() {
      uint32 index;
      if (!freeIndices.empty()) {
        index = freeIndices.front();
        freeIndices.pop();
      } else {
        index = static_cast<uint32>(slots.size());
        slots.emplace_back();
      }

      slots[index].active = true;
      slots[index].generation = nextGeneration++;

      // 编码句柄：高32位是索引，低32位是世代
      return (static_cast<uint64>(index) << 32) | slots[index].generation;
    }

    /**
     * @brief 释放句柄
     * @param handle 要释放的句柄
     */
    void release(uint64 handle) {
      uint32 index = static_cast<uint32>(handle >> 32);
      if (index < slots.size() && slots[index].active) {
        slots[index].active = false;
        slots[index].material.reset();
        slots[index].mesh.reset();
        slots[index].texture.reset();
        freeIndices.push(index);
      }
    }

    /**
     * @brief 获取资源槽位
     * @param handle 资源句柄
     * @return 资源槽位指针，无效句柄返回 nullptr
     */
    ResourceSlot *get(uint64 handle) {
      uint32 index = static_cast<uint32>(handle >> 32);
      uint32 generation = static_cast<uint32>(handle & 0xFFFFFFFF);

      if (index < slots.size() && slots[index].active &&
          slots[index].generation == generation) {
        return &slots[index];
      }
      return nullptr;
    }
  };

  HandlePool<Material> materialPool_; // 材质资源池
  HandlePool<Mesh> meshPool_;         // 网格资源池
  HandlePool<Texture> texturePool_;   // 纹理资源池

  //===========================================================================
  // 命令缓冲区
  //===========================================================================

  std::array<RenderCommand, MAX_RENDER_COMMANDS>
      commandBuffer_;       // 预分配命令缓冲区
  uint32 commandCount_ = 0; // 当前命令数量

  //===========================================================================
  // UBO 管理器
  //===========================================================================

  UniformBufferManager uniformManager_;

  //===========================================================================
  // 默认资源句柄
  //===========================================================================

  MaterialHandle defaultMaterialHandle_ = INVALID_MATERIAL_HANDLE;
  MeshHandle defaultQuadHandle_ = INVALID_MESH_HANDLE;
  TextureHandle defaultTextureHandle_ = INVALID_TEXTURE_HANDLE;

  //===========================================================================
  // 事件监听器
  //===========================================================================

  events::OnRenderBegin::Listener onRenderBeginListener_;
  events::OnRenderSubmit::Listener onRenderSubmitListener_;
  events::OnRenderSetCamera::Listener onRenderSetCameraListener_;
  events::OnRenderEnd::Listener onRenderEndListener_;
  events::OnResize::Listener onResizeListener_;
  events::OnShow::Listener onShowListener_;

  //===========================================================================
  // 状态标志
  //===========================================================================

  bool glInitialized_ = false; // GL 是否已初始化

  //===========================================================================
  // 渲染统计
  //===========================================================================

  struct Stats {
    uint32 commandsSubmitted = 0; // 提交的命令数
    uint32 commandsExecuted = 0;  // 执行的命令数
    uint32 drawCalls = 0;         // 绘制调用次数
    uint32 batches = 0;           // 批次数
  } stats_;

  //===========================================================================
  // 视口状态
  //===========================================================================

  int32 viewportX_ = 0, viewportY_ = 0;
  int32 viewportWidth_ = 0, viewportHeight_ = 0;

  //===========================================================================
  // 视口适配器
  //===========================================================================

  ViewportAdapter viewportAdapter_; // 视口适配器

  //===========================================================================
  // 相机矩阵
  //===========================================================================

  Mat4 viewProjectionMatrix_; // 当前视图投影矩阵
};

} // namespace extra2d