Update主循环、状态机的实现

从写一段程序，到写一个app，写一个游戏，到底其中有什么不同呢？一段程序的执行时间很短，一个应用的执行时间很长，仅此而已。



游戏中存在一个帧的概念。



 



这个概念大家都知道，类比的话，它就是电影胶卷的格。一格出现一段时间，然后换下一格。



电影一秒24格，游戏用的是一秒30帧，60帧。



电影胶片是在镜头前一格一格的放映，游戏逻辑是在update中一帧一帧的执行。



那么Update函数的驱动是如何完成的呢？



这个东西就是主循环



先来看看一个基本的控制台程序



 



唔，helloworld，这个程序我们已经很熟悉了。一闪而过的那个版本。因为他执行然后马上就结束了。



那么这个版本呢？



 



你会说，我去，你写了一个死循环。



是的，主循环就是一个死循环。有了这个死循环，一段程序就能逐渐成为一个应用，一个游戏。



 



让我们把update拆出来，是不是看起来有点熟悉了。



 



再来个OnStart，是不是更加熟悉了



 



原来unity的MonoBehaviour就是这样啊。







任何的程序中都存在着主循环，在常用的界面框架中，通常隐藏主循环，留下事件型的接口。



主循环很简单吧，仅仅是看起来这样。



游戏程序通常事件型的框架不多，大部分逻辑需要从主循环层次开始组建，也就是你需要对主循环的理解非常深，能够从主循环上创建很多种模式的逻辑。



我们开始来介绍几个常见的



主循环和定时器



试想如下需求，需要每三秒钟打印一条log，怎么做这个三秒钟的计时?



电影是24格，每秒钟24帧，稳定的，雷打不动。通过数帧就知道个大概。



可是大家都知道游戏的帧率是跳跃的，每一帧的时间不固定。



Unity提供了一个参数，告诉你上一帧开始，到这一帧开始经过的时间，单位为秒 Time.Deltatime;



 



因为每一帧开始到上一帧开始的间隔给你了。只要把他们累加起来，就是一个计时器。你可以用秒表确认一下这个程序，他的表现和你的秒表一样精准，分毫不差。



这就是一个计时器了，一个用不稳定的帧速率的主循环驱动的计时器。只是他光计时了，啥也没干，我们来让他做点什么。



 



这个计时器是最基本的一个逻辑，固定帧率在游戏中只是一个理想化状态，大部分情况下无法实现固定帧率。



几乎所有的游戏逻辑都涉及到计时问题，都会涉及到如何在浮动帧率时进行逻辑控制。



时间是连续累加的，请时刻记住这一点。



主循环与缓动



用定时器去驱动数值的变化，在一些情况下，被称为缓动，dotween，itween，名字里有个tween的这类库或者插件，都是做缓动的。



他们包装了各式各样的缓动的模式代码，帮你节约一点时间。



我们来让一个box 3秒钟从A点移动到B点，所有缓动的系统中都采用这样一个考虑方式，零为开始，一为结束。那么我们让我们的timer 几秒完成一个从零到一的过程，这就是一个缓动的周期。



就用我们之前的代码去考虑，我们的timer 加到3秒，然后变小，再到三，再变小，ok。直接给timer+=的时候乘一个系数可以改变timer变化的速度，可以调节为三秒钟完成从零到一，但是我们入门篇讲过，好代码从命名开始，既然他叫做timer，他就不应该从零到一，从零到一的标识的是缓动的进度。



取名为lerp



 



如上代码就完成了一个缓动逻辑，把这个脚本给一个cube，然后begin end 填入不一样的值，跑起来看看。



无论你用了什么高大上的缓动库，知其然总是有好处的，而这，就是缓动框架背后的事情。



主循环和状态机



入门篇我们就讲了一个时空观的问题，这个用程序的概念就是状态，图灵机、冯诺依曼机，是计算机的基础，这个基础说的就是状态机。



即使从更大的尺度来看，高级语言来看。在顺序执行的程序体系中，状态机依然是编程的基础。



我们前面告诉过大家单步调试，每一个断点，就是一个状态。



程序是由一个一个的状态构成的。



再从更大的尺度看，功能模块和程序结构的角度，状态机依然是功能的基础，我现在处于主菜单还是战斗菜单？我现在是在充值还是还消费？



同级别的功能某一时刻必然处于某一功能中，是我们的设计基础。



游戏框架从哪里开始，必然从状态的分割开始。有些框架提供了一个比状态机更高级一点的模式，导航器，其实也属于状态机，但是导航器记录着之前的状态，可以NavBack。



导航器模式是什么？随便点开一个手机app，点一个功能，再点一个功能，然后按back，back，这就是导航器。



现在由于手游流行起来，游戏界面效法了很多app的设计，所以现在导航器设计是一个非常主流的设计。



由于我们只是一个抛砖引玉的提高过程，我们这里不会去写一个导航器框架出来，我们只是去解释状态机背后的行为。



这个状态代码这么写，有点长，我们分两段来看，一段是update函数



 



一段是ongui函数



 



仔细看过这段代码，你也许会说，你骗人，这是个锤子的状态机哦，这就是个if else



这就是个if else，状态机的本质就是switch case，就是 if else，除非，给他一个结构化的设计。



当你的逻辑状态只有两三个的时候，if else，未尝不可。然后我们来把他结构化一下吧。



看看结构化之后的代码



 



我们抽象出一个表达状态的接口，于是主要的代码变得非常简洁，这就是一个状态机咯。



不过实现代码就不那么简洁了



 



有这样的设计作为基础，添加再多的状态也不怕啦，不过这也只是一个解释用的代码。

实际操作时肯定比这个面对的问题要更复杂一些。

题外话：JAVA语言，JAVA字节码，JAVA运行时，JAVA基本类库，都叫java。

而微软这边分别叫C#语言，MSIL字节码，dotnet运行时，dotnet
framework。其实就是为了怕被告。