1.7 从0开始学习Unity游戏开发--物体的组成

APSchmidt

前篇我们简单的入门了对于一个游戏场景（Scene）如何使用编辑器进行编辑，这是我们进行游戏内容创作的重要工作流程，但是目前为止，我们能操作的最小单位也只是物体，并没有深入到物体本身，本篇我们将借助Inspector面板和代码来讲解组成游戏世界的物体，到底是什么，以及我们如何进行操纵。
Inspector面板

上篇文章我们也简单提了这个面板，这里我们详细了解一下。
在选中任何编辑器上的物体时，不论是从Hierarchy选中还是直接从Scene窗口里面选中的，都会显示其内容，而物体内容显示的面板则是Inspector面板。


对于一个内建的3D立方体Cube，则是这样的，我点击了左侧的箭头，收起了每个部分的细节，这样能够有一个直观的感受。
从代码层面构建游戏物体

假设我们需要自己用代码来设计游戏物体这样一个泛用的概念，学过面向对象编程的应该都会第一时间想起那个经典的例子：
// 基类是Person，代表所有子类都是人类
class Person {};
// Student继承自Person，可以带有Person的能力，又能有自己的特殊功能
class Student : public Person {};
// Doctor也是类似
class Doctor : public Person {};
这样设计的好处就是复用了子类可以复用父类的能力，还能利用多态对相同接口做出不同的响应，从而实现一些统一的封装逻辑。
对于一些方向，确实很好用，例如UI框架就是非常典型的可以一层一层继承下去的场景。
但是对于游戏，我们可以这样设想一下：
// 基类是GameObject，代表所有物体都是GameObject
class GameObject{};
// 立方体Cube继承自GameObject
class Cube : public GameObject {};
// 球形Sphere继承自GameObject
class Sphere : public GameObject {};
这样设计看起来好像也没啥问题，但是如果有这样的情况呢：

• 所有物体都需要支持物理碰撞，那是不是得中间加个PhysicalGameObject来作为抽象？
  
• 新增一个物体玩家，到底应该继承自Cube还是Sphere还是单独再写一个继承自GameObject？如果是重新从GameObject继承，那Cube，Sphere和玩家都需要的渲染功能是不是只能放在GameObject里面？
  

等等。
这些问题其实就反应出了游戏世界其实是非常灵活的，一开始设计的基类，可能因为子类共同所需的功能越来越多而急剧膨胀，最后的结果就会出现一个非常大的GameObject类而导致无法维护或者效率低下。
所以在Unity和UE4中，对于游戏物体的功能组成，都是使用的组件形式的设计，类似如下：
// 仍然有一个基类来通用的代表所有游戏物体，但是不再被继承
class GameObject
{
public:
    const GameObjectComponent* GetComonent(size_t componentIndex) const
    {
        // 返回对应的组件指针
    }

    // 不要纠结这里返回下标会被后面的增删所影响，这里只是一个示例，实际实现肯定还是遍历查找
    size_t AddComponent(GameObjectComponent* component)
    {
        mComponents.push_back(component);
        return mComponents.size() - 1;
    }
private:
    // 有一个数组成员，保存这个物体有哪些功能组件
    std::vector<GameObjectComponent*> mComponents;
};而功能组件则可以被各种继承
// 游戏物体功能组件的基类
class GameObjectComponent
{
public:
    // 组件创建的时候需要将自己设置给GameObject，以便后续功能访问GameObject的资源
    GameObjectComponent(GameObject* owner)
    {
        owner->AddComponent(this);
        mGameObject = owner;
    }

protected:
    GameObject* mGameObject;
};

// 渲染相关的功能组件
class RenderComponent : public GameObjectComponent
{
public:
    virtual void Render();
}

// 移动相关的功能组件
class MoveComponent : public GameObjectComponent
{
public:
    virtual void Move();
}

// 玩家的移动功能组件可以在基础移动组件上进行扩展或者改写
class PlayerMoveComponent : public MoveComponent
{
public:
    virtual void Move() override;
}可以看到功能组件是通过加入到GameObject下的成员来实现给GameObject提供功能的。
这样做的好处有几点：

• GameObject会保持在一个比较小的体积，这无论是对开发效率还是运行效率都会有帮助，特别是避免了巨大GameObject类带来后续难以维护的问题。
  
• 每个组件可以不用卡的那么死，即使组件A和组件B的功能有所重叠都没有关系。
  
• 组件也可以使用继承，而且因为功能划分出来后需要设计的功能范围小了很多，更可能一次性想清楚后面大概的开发走向，而不会导致基类膨胀。
  

不管怎么说，继承和组合这两种设计方法都不是银弹，所以没有谁一定比谁更好，只不过不同的项目根据自身情况选择了其中一种来实现功能而已，而Unity和UE4都使用了组合来实现游戏物体的功能也是有其本身的背景。
在编辑器上的体现



大概就是这样的效果，也就是说Hierarchy窗口里面每个节点，除去根节点，都是一个GameObject，GameObject自身带有一些属性：


而每个GameObject下可以带有一个或多个组件，首当其冲的是Transform组件，也就是表示物体的位置旋转和大小的信息，很显然这个非常重要，以至于Unity把这个作为默认组件，所有GameObject创建必带的组件，而且无法删除。
其他组件则可以进行删除，点击右边三个点就可以选择Remove Component来删除这个组件：


但是要注意的是有些时候组件和组件之间有依赖关系，不先删除依赖这个组件的组件，则无法删除被依赖的组件。当然这里针对Cube我们并没有遇到。
既然有删除，那么也有新增组件吧，很显然那个大大的Add Component按钮就是新增组件：


点击之后会显示一个菜单，然后根据功能分类你可以快速选到你想要的组件，而我们如果知道组件的名字，也可以直接在输入框里面输入名字进行查找，例如我们需要加个Box Collider组件，输入Box其实就可以搜到了：


Unity的实际代码

学会了编辑器上对一个GameObject进行增删组件，那么如果上面没有我们想要的功能，如何自己开发呢？
在Unity中，使用的是C#代码而非C++，这里不讨论哪种语言更好，这没啥意义。基于很多历史原因和综合考虑，Unity选择了门槛更低的C#来作为开发语言，那么我们首先肯定需要学会C#语法，这里肯定就不会讲了，语法随便网上搜就完事了。
那么我们如何在Unity中开始写代码呢？
跟新建一个场景资源文件一样，我们写的代码肯定要新建一个代码文件，那么操作是一模一样的，我们需要在Project窗口里面你喜欢的目录右键，Create->C# Script。
那么就会得到一个新的.cs后缀的文件，这个文件就是类似.cpp .c一样的，新建完成后，双击打开。
Unity默认配置的是Visual Studio，但是如果有喜好JetBrains系列IDE的，可以配置为Rider作为代码开发的IDE，配置入口是Unity窗口左上角的Edit->Preferences，打开如下窗口，可以切换IDE


我自己是使用Rider的，因为真的更丝滑，并且支持代码里面显示资源引用代码的情况（默认情况只显示代码引用代码的情况），这对游戏开发来说非常实用。
当然我们新手教程下，用啥IDE都一样，就算用记事本也无所谓，这里我用rider作为示例，因为开发过程中并不需要碰编译或者编译配置，所以只做代码文件编写的话，不同IDE之间没有显著的使用区别。
这里我新建了一个DemoTest.cs文件，新建完成后双击打开后可以看到这样的代码：
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class DemoTest : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}
这是Unity根据你输入的文件名来预先创建的模板代码，而这个模板其实就是GameObject组件的模板，也就是说这里MonoBehaviour基类就是我们刚说的GameObjectComponent的子类。
而这里面自动给我们写了两个函数，Start和Update，其实就是Unity给组件设计的生命周期回调，也就是说到了对应的时机，Unity引擎就会利用C#的反射来魔法一样调用到你这里的代码，而无需实际写一个代码调用到你这个函数，至于反射的原理相关的东西我们后面专门再开一篇讲。
这里只需要知道Start和Update函数都跟自动生成的注释里面说的一样，游戏跑第一帧的之前，Start就会被调用，而每帧都会调用一次Update。
你可能会问了，这样写了就直接会被调用吗？跟GameObject好像没啥关系呢？
那就对了，因为目前我们还缺少一步，就是把我们的组件添加到GameObject上，还是上面说的方法，在GameObject的Inspector面板里面点击Add Component，然后输入DemoTest，你会发现你新建的这个类已经神奇般的能搜到了：


点击DemoTest，则这个组件就会被添加到这个GameObject上：


那么你会困惑GameObject又和组件代码的生命周期回调是个什么关系呢？其实就是GameObject才具有声明周期，而组件实际上是跟着GameObject一起调用声明周期回调。
现在我们给我们的组件加一点点小功能，在Start里面打印一句话：
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class DemoTest : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        Debug.Log("Hello World!");
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}这里Debug类来自UnityEngine，一般IDE会自动加入using，跟Java很类似。Debug.Log就类似printf，std::cout，qDebug，Console.WriteLine , System.out.println，Unity则是Debug.Log，这个输出会输出到Console窗口：


ok，代码写好了，返回Unity后，Unity会自动检测到代码变更并编译，进度条跑完后，我们就可以点击播放按钮把游戏跑起来：


这个时候你就可以看到Console窗口里面已经输出了我们写的内容了：


下一章

本章花了不少篇幅来讲解Unity是如何设计GameObject，然后初步的使用了C#代码来创建了一个组件，了解了如何在Unity里面新增自己的代码，当然Unity里面写代码肯定远远不止给GameObjec添加新组件，但是这个却是非常重要的基础。
下一章我们会继续着手组件编写上，我们会进一步了解Inspector上每个组件可以修改的参数是怎么搞出来的，以及Unity是如何不通过写调用代码就能调用到我们新增的代码函数的。