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# Extra2D 模块系统
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## 概述
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Extra2D 采用模块化架构设计，核心功能通过**模块系统**和**服务系统**管理：
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- **模块 (Module)**: 平台级初始化，管理硬件资源（窗口、渲染、输入）
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- **服务 (Service)**: 运行时功能，通过服务定位器管理（场景、计时器、事件、相机）
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## 架构图
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ Application │
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│ (协调模块和服务，通过服务定位器获取依赖) │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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│
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┌───────────────┴───────────────┐
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▼ ▼
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┌─────────────────────────────┐ ┌─────────────────────────────┐
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│ 模块系统 │ │ 服务系统 │
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│ (Module - 硬件资源) │ │ (Service - 运行时功能) │
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├─────────────────────────────┤ ├─────────────────────────────┤
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│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │ │ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
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│ │ Window │ │ Render │ │ │ │ Logger │ │ Scene │ │
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│ │ Module │ │ Module │ │ │ │ Service │ │ Service │ │
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│ │ P0 │ │ P10 │ │ │ │ │ │ │ │
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│ └─────────┘ └─────────┘ │ │ └─────────┘ └─────────┘ │
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│ ┌─────────┐ │ │ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
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│ │ Input │ │ │ │ Timer │ │ Event │ │
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│ │ Module │ │ │ │ Service │ │ Service │ │
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│ │ P20 │ │ │ │ │ │ │ │
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│ └─────────┘ │ │ └─────────┘ └─────────┘ │
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│ │ │ ┌─────────┐ │
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│ │ │ │ Camera │ │
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│ │ │ │ Service │ │
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│ │ │ │ │ │
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│ │ │ └─────────┘ │
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└─────────────────────────────┘ └─────────────────────────────┘
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```
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## 模块 vs 服务
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| 特性 | 模块 (Module) | 服务 (Service) |
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|-----|--------------|---------------|
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| 用途 | 平台级初始化 | 运行时功能 |
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| 生命周期 | Application 管理 | ServiceLocator 管理 |
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| 依赖方式 | 通过 `deps()` 方法声明 | 通过 `ServiceLocator` 获取 |
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| 可替换性 | 编译时确定 | 运行时可替换 |
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| 示例 | Window, Render, Input | Scene, Timer, Event, Camera |
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## 模块系统
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### 模块基类
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所有模块继承自 `Module` 基类：
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```cpp
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class Module {
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public:
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virtual ~Module() = default;
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virtual bool init() = 0; // 初始化
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virtual void shutdown() = 0; // 关闭
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virtual bool ok() const = 0; // 检查状态
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virtual const char* name() const = 0; // 模块名称
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virtual int priority() const { return 100; } // 优先级（越小越优先）
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virtual std::vector<std::type_index> deps() const { return {}; } // 依赖
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void setApp(Application* app) { app_ = app; }
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Application* app() const { return app_; }
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protected:
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Application* app_ = nullptr;
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};
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```
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### 内置模块
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| 模块 | 优先级 | 依赖 | 职责 |
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|-----|-------|------|------|
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| WindowModule | 0 | 无 | 窗口创建和管理 |
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| RenderModule | 10 | WindowModule | 渲染后端初始化 |
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| InputModule | 20 | WindowModule | 输入设备管理 |
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### 模块配置
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每个模块有自己的配置结构：
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```cpp
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// Window 模块配置
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struct WindowCfg {
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std::string title = "Extra2D";
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int w = 1280;
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int h = 720;
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WindowMode mode = WindowMode::Windowed;
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bool vsync = true;
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int priority = 0;
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std::string backend = "sdl2"; // "sdl2" 或 "glfw"
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};
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// Render 模块配置
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struct RenderCfg {
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BackendType backend = BackendType::OpenGL;
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int targetFPS = 60;
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bool vsync = true;
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int multisamples = 0;
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int priority = 10;
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};
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// Input 模块配置
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struct InputCfg {
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float deadzone = 0.15f;
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float mouseSensitivity = 1.0f;
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bool enableVibration = true;
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int maxGamepads = 4;
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int priority = 20;
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};
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```
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### 使用模块
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```cpp
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Application app;
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// 配置 Window 模块
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app.use<WindowModule>([](auto& cfg) {
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cfg.title = "My Game";
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cfg.w = 1920;
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cfg.h = 1080;
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cfg.backend = "glfw"; // 使用 GLFW 后端
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});
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// 配置 Render 模块
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app.use<RenderModule>([](auto& cfg) {
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cfg.backend = BackendType::OpenGL;
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cfg.vsync = true;
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cfg.targetFPS = 60;
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});
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// 配置 Input 模块
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app.use<InputModule>([](auto& cfg) {
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cfg.deadzone = 0.2f;
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cfg.enableVibration = true;
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});
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app.run();
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```
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### 构建时选择后端
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```bash
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# 选择窗口后端
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xmake f --window_backend=sdl2 -y # 使用 SDL2（默认）
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xmake f --window_backend=glfw -y # 使用 GLFW
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# 选择渲染后端
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xmake f --render_backend=opengl -y # 使用 OpenGL（默认）
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xmake f --render_backend=vulkan -y # 使用 Vulkan
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```
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## 服务系统
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### 服务接口基类
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```cpp
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class IService {
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public:
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virtual ~IService() = default;
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virtual ServiceInfo getServiceInfo() const = 0;
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virtual bool initialize() = 0;
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virtual void shutdown() = 0;
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virtual void update(float deltaTime) {}
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virtual bool isInitialized() const = 0;
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};
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```
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### 内置服务
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| 服务 | 用途 | 自动注册宏 |
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|-----|------|-----------|
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| LoggerService | 日志记录 | `E2D_AUTO_REGISTER_SERVICE(ILogger, ConsoleLogger)` |
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| SceneService | 场景管理 | `E2D_AUTO_REGISTER_SERVICE(ISceneService, SceneService)` |
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| TimerService | 计时器 | `E2D_AUTO_REGISTER_SERVICE(ITimerService, TimerService)` |
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| EventService | 事件分发 | `E2D_AUTO_REGISTER_SERVICE(IEventService, EventService)` |
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| CameraService | 相机系统 | `E2D_AUTO_REGISTER_SERVICE(ICameraService, CameraService)` |
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### 使用服务
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```cpp
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// 获取服务
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auto logger = app.logger();
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auto sceneService = app.scenes();
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auto timerService = app.timers();
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auto eventService = app.events();
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auto cameraService = app.camera();
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// 使用日志服务
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logger->info("Application started");
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logger->setLevel(LogLevel::Debug);
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E2D_LOG_INFO("Player position: {}, {}", x, y);
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E2D_LOG_ERROR("Failed to load texture: {}", filepath);
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// 使用场景服务
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sceneService->pushScene(myScene);
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// 使用计时器服务
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timerService->addTimer(1.0f, []() {
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E2D_LOG_INFO("Timer fired!");
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});
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// 使用事件服务
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eventService->addListener(EventType::KeyPressed, [](Event& e) {
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auto& keyEvent = std::get<KeyEvent>(e.data);
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E2D_LOG_INFO("Key pressed: {}", keyEvent.keyCode);
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});
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// 使用相机服务
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cameraService->setPosition(100, 100);
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cameraService->setZoom(2.0f);
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```
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## 渲染后端
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### 支持的后端
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| 后端 | 状态 | 平台支持 |
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|-----|------|---------|
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| OpenGL | 完整实现 | Windows, Linux, macOS, Switch |
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| Vulkan | 计划中 | Windows, Linux, macOS, Switch |
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### 渲染后端接口
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```cpp
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class RenderBackend {
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public:
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virtual ~RenderBackend() = default;
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// 生命周期
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virtual bool init(IWindow* window) = 0;
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virtual void shutdown() = 0;
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// 帧管理
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virtual void beginFrame(const Color &clearColor) = 0;
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virtual void endFrame() = 0;
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virtual void setViewport(int x, int y, int width, int height) = 0;
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virtual void setVSync(bool enabled) = 0;
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||
// 状态设置
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virtual void setBlendMode(BlendMode mode) = 0;
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virtual void setViewProjection(const glm::mat4 &matrix) = 0;
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// 变换矩阵栈
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virtual void pushTransform(const glm::mat4 &transform) = 0;
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virtual void popTransform() = 0;
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virtual glm::mat4 getCurrentTransform() const = 0;
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// 纹理
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virtual Ptr<Texture> createTexture(int width, int height, const uint8_t *pixels, int channels) = 0;
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virtual Ptr<Texture> loadTexture(const std::string &filepath) = 0;
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// 精灵批处理
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virtual void beginSpriteBatch() = 0;
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virtual void drawSprite(const Texture &texture, const Rect &destRect, const Rect &srcRect,
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const Color &tint, float rotation, const Vec2 &anchor) = 0;
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virtual void endSpriteBatch() = 0;
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virtual void flush() = 0;
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||
// 形状渲染
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virtual void drawLine(const Vec2 &start, const Vec2 &end, const Color &color, float width = 1.0f) = 0;
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virtual void drawRect(const Rect &rect, const Color &color, float width = 1.0f) = 0;
|
||
virtual void fillRect(const Rect &rect, const Color &color) = 0;
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||
virtual void drawCircle(const Vec2 ¢er, float radius, const Color &color,
|
||
int segments = 32, float width = 1.0f) = 0;
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virtual void fillCircle(const Vec2 ¢er, float radius, const Color &color, int segments = 32) = 0;
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// 文字渲染
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virtual Ptr<FontAtlas> createFontAtlas(const std::string &filepath, int fontSize, bool useSDF = false) = 0;
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virtual void drawText(const FontAtlas &font, const std::string &text, const Vec2 &position, const Color &color) = 0;
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// 工厂方法
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static UniquePtr<RenderBackend> create(BackendType type);
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};
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```
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## 资源抽象层
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渲染后端通过资源抽象层实现跨平台兼容：
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```
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 前端 (Frontend) │
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│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
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│ │ Renderer │ │ SpriteBatch │ │ 其他 │ │
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│ └──────┬──────┘ └──────┬──────┘ └─────────────────────┘ │
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└─────────┼────────────────┼──────────────────────────────────┘
|
||
│ │
|
||
▼ ▼
|
||
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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||
│ 资源抽象层 (resources/) │
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│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
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│ │ Buffer │ │ Pipeline │ │ Framebuf │ │ Shader │ │
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│ │ (缓冲区) │ │ (管线) │ │(帧缓冲) │ │ (着色器) │ │
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│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │
|
||
│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
|
||
│ │ Texture │ │ FontAtlas│ │
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│ │ (纹理) │ │(字体图集)│ │
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│ └──────────┘ └──────────┘ │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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||
│
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||
▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
|
||
│ 后端实现 (backends/) │
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│ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐ │
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│ │ OpenGL │ │ Vulkan │ │
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│ │ GLBuffer │ │ VKBuffer │ │
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│ │ GLPipeline │ │ VKPipeline │ │
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│ │ GLFramebuffer │ │ VKFramebuffer │ │
|
||
│ │ GLShader │ │ VKShader │ │
|
||
│ │ GLTexture │ │ VKTexture │ │
|
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│ └─────────────────┘ └─────────────────┘ │
|
||
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||
```
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## 输入事件系统
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### 事件类型
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```cpp
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||
enum class EventType {
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// 键盘
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KeyPressed,
|
||
KeyReleased,
|
||
KeyRepeat,
|
||
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// 鼠标
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MouseButtonPressed,
|
||
MouseButtonReleased,
|
||
MouseMoved,
|
||
MouseScrolled,
|
||
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||
// 手柄
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GamepadConnected,
|
||
GamepadDisconnected,
|
||
GamepadButtonPressed,
|
||
GamepadButtonReleased,
|
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||
// 触摸
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TouchBegan,
|
||
TouchMoved,
|
||
TouchEnded,
|
||
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// 窗口
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WindowResize,
|
||
WindowClose,
|
||
};
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```
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### 事件监听
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```cpp
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auto eventService = app.events();
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// 监听键盘事件
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eventService->addListener(EventType::KeyPressed, [](Event& e) {
|
||
auto& key = std::get<KeyEvent>(e.data);
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||
E2D_LOG_INFO("Key: {}, mods: {}", key.keyCode, key.mods);
|
||
});
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||
|
||
// 监听鼠标事件
|
||
eventService->addListener(EventType::MouseButtonPressed, [](Event& e) {
|
||
auto& mouse = std::get<MouseButtonEvent>(e.data);
|
||
E2D_LOG_INFO("Mouse button: {} at ({}, {})",
|
||
mouse.button, mouse.position.x, mouse.position.y);
|
||
});
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||
```
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||
## 场景图系统
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### Node 基类
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```cpp
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||
class Node : public std::enable_shared_from_this<Node> {
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public:
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// 层级管理
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void addChild(Ptr<Node> child);
|
||
void removeChild(Ptr<Node> child);
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void detach();
|
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void clearChildren();
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Ptr<Node> getParent() const;
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const std::vector<Ptr<Node>>& getChildren() const;
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// 变换属性
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void setPos(const Vec2& pos);
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void setRotation(float degrees);
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void setScale(const Vec2& scale);
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void setAnchor(const Vec2& anchor);
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void setOpacity(float opacity);
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||
void setVisible(bool visible);
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void setZOrder(int zOrder);
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// 世界变换
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Vec2 toWorld(const Vec2& localPos) const;
|
||
Vec2 toLocal(const Vec2& worldPos) const;
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||
glm::mat4 getLocalTransform() const;
|
||
glm::mat4 getWorldTransform() const;
|
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// 生命周期回调
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virtual void onEnter();
|
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virtual void onExit();
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virtual void onUpdate(float dt);
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virtual void onRender(RenderBackend& renderer);
|
||
};
|
||
```
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||
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||
### 使用场景
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|
||
```cpp
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||
auto scene = Scene::create();
|
||
|
||
// 创建形状节点
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auto rect = ShapeNode::createFilledRect(Rect(0, 0, 100, 100), Color(1.0f, 0.4f, 0.4f, 1.0f));
|
||
auto circle = ShapeNode::createFilledCircle(Vec2(0, 0), 50, Color(0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f));
|
||
|
||
// 添加到场景
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||
scene->addChild(rect);
|
||
scene->addChild(circle);
|
||
|
||
// 运行场景
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||
app.scenes()->runWithScene(scene);
|
||
```
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||
## 视口适配系统
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||
### 视口适配模式
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```cpp
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enum class ViewportMode {
|
||
AspectRatio, // 保持宽高比，可能有黑边
|
||
Stretch, // 拉伸填满整个窗口
|
||
Center, // 居中显示，不缩放
|
||
Custom // 自定义缩放和偏移
|
||
};
|
||
```
|
||
|
||
### 配置视口
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|
||
```cpp
|
||
auto cameraService = app.camera();
|
||
if (cameraService) {
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||
ViewportConfig vpConfig;
|
||
vpConfig.logicWidth = 1280.0f;
|
||
vpConfig.logicHeight = 720.0f;
|
||
vpConfig.mode = ViewportMode::AspectRatio;
|
||
vpConfig.letterboxColor = Color(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
|
||
|
||
cameraService->setViewportConfig(vpConfig);
|
||
cameraService->updateViewport(windowWidth, windowHeight);
|
||
cameraService->applyViewportAdapter();
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
## 平台支持
|
||
|
||
| 平台 | 窗口后端 | 图形 API |
|
||
|-----|---------|---------|
|
||
| Windows | SDL2 / GLFW | OpenGL / Vulkan |
|
||
| Linux | SDL2 / GLFW | OpenGL / Vulkan |
|
||
| macOS | SDL2 / GLFW | OpenGL / Vulkan |
|
||
| Nintendo Switch | SDL2 / GLFW | OpenGL / Vulkan |
|
||
|
||
## 示例
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||
|
||
完整示例请参考：
|
||
- [examples/basic/main.cpp](../../examples/basic/main.cpp) - 基础示例
|
||
- [examples/demo_shapes/main.cpp](../../examples/demo_shapes/main.cpp) - 形状绘制
|
||
- [examples/demo_sprite/main.cpp](../../examples/demo_sprite/main.cpp) - 精灵渲染
|
||
- [examples/demo_text/main.cpp](../../examples/demo_text/main.cpp) - 文字渲染
|
||
- [examples/demo_framebuffer/main.cpp](../../examples/demo_framebuffer/main.cpp) - 帧缓冲
|