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# 组件系统
在 ECS 架构中组件Component是数据和行为的载体。组件定义了实体具有的属性和功能是 ECS 架构的核心构建块。
## 基本概念
组件是继承自 `Component` 抽象基类的具体类,用于:
- 存储实体的数据(如位置、速度、健康值等)
- 定义与数据相关的行为方法
- 提供生命周期回调钩子
- 支持序列化和调试
## 创建组件
### 基础组件定义
```typescript
import { Component, ECSComponent } from '@esengine/esengine';
@ECSComponent('Position')
class Position extends Component {
x: number = 0;
y: number = 0;
constructor(x: number = 0, y: number = 0) {
super();
this.x = x;
this.y = y;
}
}
@ECSComponent('Health')
class Health extends Component {
current: number;
max: number;
constructor(max: number = 100) {
super();
this.max = max;
this.current = max;
}
// 组件可以包含行为方法
takeDamage(damage: number): void {
this.current = Math.max(0, this.current - damage);
}
heal(amount: number): void {
this.current = Math.min(this.max, this.current + amount);
}
isDead(): boolean {
return this.current <= 0;
}
}
```
### @ECSComponent 装饰器
`@ECSComponent` 是组件类必须使用的装饰器,它为组件提供了类型标识和元数据管理。
#### 为什么必须使用
| 功能 | 说明 |
|------|------|
| **类型识别** | 提供稳定的类型名称,代码混淆后仍能正确识别 |
| **序列化支持** | 序列化/反序列化时使用该名称作为类型标识 |
| **组件注册** | 自动注册到 ComponentRegistry分配唯一的位掩码 |
| **调试支持** | 在调试工具和日志中显示可读的组件名称 |
#### 基本语法
```typescript
@ECSComponent(typeName: string)
```
- `typeName`: 组件的类型名称,建议使用与类名相同或相近的名称
#### 使用示例
```typescript
// ✅ 正确的用法
@ECSComponent('Velocity')
class Velocity extends Component {
dx: number = 0;
dy: number = 0;
}
// ✅ 推荐:类型名与类名保持一致
@ECSComponent('PlayerController')
class PlayerController extends Component {
speed: number = 5;
}
// ❌ 错误的用法 - 没有装饰器
class BadComponent extends Component {
// 这样定义的组件可能在生产环境出现问题:
// 1. 代码压缩后类名变化,无法正确序列化
// 2. 组件未注册到框架,查询和匹配可能失效
}
```
#### 与 @Serializable 配合使用
当组件需要支持序列化时,`@ECSComponent``@Serializable` 需要一起使用:
```typescript
import { Component, ECSComponent, Serializable, Serialize } from '@esengine/esengine';
@ECSComponent('Player')
@Serializable({ version: 1 })
class PlayerComponent extends Component {
@Serialize()
name: string = '';
@Serialize()
level: number = 1;
// 不使用 @Serialize() 的字段不会被序列化
private _cachedData: any = null;
}
```
> **注意**`@ECSComponent` 的 `typeName` 和 `@Serializable` 的 `typeId` 可以不同。如果 `@Serializable` 没有指定 `typeId`,则默认使用 `@ECSComponent` 的 `typeName`。
#### 组件类型名的唯一性
每个组件的类型名应该是唯一的:
```typescript
// ❌ 错误:两个组件使用相同的类型名
@ECSComponent('Health')
class HealthComponent extends Component { }
@ECSComponent('Health') // 冲突!
class EnemyHealthComponent extends Component { }
// ✅ 正确:使用不同的类型名
@ECSComponent('PlayerHealth')
class PlayerHealthComponent extends Component { }
@ECSComponent('EnemyHealth')
class EnemyHealthComponent extends Component { }
```
## 组件生命周期
组件提供了生命周期钩子,可以重写来执行特定的逻辑:
```typescript
@ECSComponent('ExampleComponent')
class ExampleComponent extends Component {
private resource: SomeResource | null = null;
/**
* 组件被添加到实体时调用
* 用于初始化资源、建立引用等
*/
onAddedToEntity(): void {
console.log(`组件 ${this.constructor.name} 已添加实体ID: ${this.entityId}`);
this.resource = new SomeResource();
}
/**
* 组件从实体移除时调用
* 用于清理资源、断开引用等
*/
onRemovedFromEntity(): void {
console.log(`组件 ${this.constructor.name} 已移除`);
if (this.resource) {
this.resource.cleanup();
this.resource = null;
}
}
}
```
## 组件与实体的关系
组件存储了所属实体的ID (`entityId`)而不是直接引用实体对象。这是ECS数据导向设计的体现避免了循环引用。
在实际使用中,**应该在 System 中处理实体和组件的交互**,而不是在组件内部:
```typescript
@ECSComponent('Health')
class Health extends Component {
current: number;
max: number;
constructor(max: number = 100) {
super();
this.max = max;
this.current = max;
}
isDead(): boolean {
return this.current <= 0;
}
}
@ECSComponent('Damage')
class Damage extends Component {
value: number;
constructor(value: number) {
super();
this.value = value;
}
}
// 推荐:在 System 中处理逻辑
class DamageSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(new Matcher().all(Health, Damage));
}
process(entities: readonly Entity[]): void {
for (const entity of entities) {
const health = entity.getComponent(Health)!;
const damage = entity.getComponent(Damage)!;
health.current -= damage.value;
if (health.isDead()) {
entity.destroy();
}
// 应用伤害后移除 Damage 组件
entity.removeComponent(damage);
}
}
}
```
## 组件属性
每个组件都有一些内置属性:
```typescript
@ECSComponent('ExampleComponent')
class ExampleComponent extends Component {
someData: string = "example";
onAddedToEntity(): void {
console.log(`组件ID: ${this.id}`); // 唯一的组件ID
console.log(`所属实体ID: ${this.entityId}`); // 所属实体的ID
}
}
```
如果需要访问实体对象,应该在 System 中进行:
```typescript
class ExampleSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(new Matcher().all(ExampleComponent));
}
process(entities: readonly Entity[]): void {
for (const entity of entities) {
const comp = entity.getComponent(ExampleComponent)!;
console.log(`实体名称: ${entity.name}`);
console.log(`组件数据: ${comp.someData}`);
}
}
}
```
## 复杂组件示例
### 状态机组件
```typescript
enum EntityState {
Idle,
Moving,
Attacking,
Dead
}
@ECSComponent('StateMachine')
class StateMachine extends Component {
private _currentState: EntityState = EntityState.Idle;
private _previousState: EntityState = EntityState.Idle;
private _stateTimer: number = 0;
get currentState(): EntityState {
return this._currentState;
}
get previousState(): EntityState {
return this._previousState;
}
get stateTimer(): number {
return this._stateTimer;
}
changeState(newState: EntityState): void {
if (this._currentState !== newState) {
this._previousState = this._currentState;
this._currentState = newState;
this._stateTimer = 0;
}
}
updateTimer(deltaTime: number): void {
this._stateTimer += deltaTime;
}
isInState(state: EntityState): boolean {
return this._currentState === state;
}
}
```
### 配置数据组件
```typescript
interface WeaponData {
damage: number;
range: number;
fireRate: number;
ammo: number;
}
@ECSComponent('WeaponConfig')
class WeaponConfig extends Component {
data: WeaponData;
constructor(weaponData: WeaponData) {
super();
this.data = { ...weaponData }; // 深拷贝避免共享引用
}
// 提供便捷的访问方法
getDamage(): number {
return this.data.damage;
}
canFire(): boolean {
return this.data.ammo > 0;
}
consumeAmmo(): boolean {
if (this.data.ammo > 0) {
this.data.ammo--;
return true;
}
return false;
}
}
```
## 最佳实践
### 1. 保持组件简单
```typescript
// 好的组件设计 - 单一职责
@ECSComponent('Position')
class Position extends Component {
x: number = 0;
y: number = 0;
}
@ECSComponent('Velocity')
class Velocity extends Component {
dx: number = 0;
dy: number = 0;
}
// 避免的组件设计 - 职责过多
@ECSComponent('GameObject')
class GameObject extends Component {
x: number;
y: number;
dx: number;
dy: number;
health: number;
damage: number;
sprite: string;
// 太多不相关的属性
}
```
### 2. 使用构造函数初始化
```typescript
@ECSComponent('Transform')
class Transform extends Component {
x: number;
y: number;
rotation: number;
scale: number;
constructor(x = 0, y = 0, rotation = 0, scale = 1) {
super();
this.x = x;
this.y = y;
this.rotation = rotation;
this.scale = scale;
}
}
```
### 3. 明确的类型定义
```typescript
interface InventoryItem {
id: string;
name: string;
quantity: number;
type: 'weapon' | 'consumable' | 'misc';
}
@ECSComponent('Inventory')
class Inventory extends Component {
items: InventoryItem[] = [];
maxSlots: number;
constructor(maxSlots: number = 20) {
super();
this.maxSlots = maxSlots;
}
addItem(item: InventoryItem): boolean {
if (this.items.length < this.maxSlots) {
this.items.push(item);
return true;
}
return false;
}
removeItem(itemId: string): InventoryItem | null {
const index = this.items.findIndex(item => item.id === itemId);
if (index !== -1) {
return this.items.splice(index, 1)[0];
}
return null;
}
}
```
### 4. 引用其他实体
当组件需要关联其他实体时(如父子关系、跟随目标等),**推荐方式是存储实体ID**,然后在 System 中查找:
```typescript
@ECSComponent('Follower')
class Follower extends Component {
targetId: number;
followDistance: number = 50;
constructor(targetId: number) {
super();
this.targetId = targetId;
}
}
// 在 System 中查找目标实体并处理逻辑
class FollowerSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(new Matcher().all(Follower, Position));
}
process(entities: readonly Entity[]): void {
for (const entity of entities) {
const follower = entity.getComponent(Follower)!;
const position = entity.getComponent(Position)!;
// 通过场景查找目标实体
const target = entity.scene?.findEntityById(follower.targetId);
if (target) {
const targetPos = target.getComponent(Position);
if (targetPos) {
// 跟随逻辑
const dx = targetPos.x - position.x;
const dy = targetPos.y - position.y;
const distance = Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
if (distance > follower.followDistance) {
// 移动靠近目标
}
}
}
}
}
}
```
这种方式的优势:
- 组件保持简单,只存储基本数据类型
- 符合数据导向设计
- 在 System 中统一处理查找和逻辑
- 易于理解和维护
**避免在组件中直接存储实体引用**
```typescript
// 错误示范:直接存储实体引用
@ECSComponent('BadFollower')
class BadFollower extends Component {
target: Entity; // 实体销毁后仍持有引用,可能导致内存泄漏
}
```
## 高级特性
### EntityRef 装饰器 - 自动引用追踪
框架提供了 `@EntityRef` 装饰器用于**特殊场景**下安全地存储实体引用。这是一个高级特性,一般情况下推荐使用存储ID的方式。
#### 什么时候需要 EntityRef
在以下场景中,`@EntityRef` 可以简化代码:
1. **父子关系**: 需要在组件中直接访问父实体或子实体
2. **复杂关联**: 实体之间有多个引用关系
3. **频繁访问**: 需要在多处访问引用的实体,使用ID查找会有性能开销
#### 核心特性
`@EntityRef` 装饰器通过 **ReferenceTracker** 自动追踪引用关系:
- 当被引用的实体销毁时,所有指向它的 `@EntityRef` 属性自动设为 `null`
- 防止跨场景引用(会输出警告并拒绝设置)
- 防止引用已销毁的实体(会输出警告并设为 `null`)
- 使用 WeakRef 避免内存泄漏(自动GC支持)
- 组件移除时自动清理引用注册
#### 基本用法
```typescript
import { Component, ECSComponent, EntityRef, Entity } from '@esengine/esengine';
@ECSComponent('Parent')
class ParentComponent extends Component {
@EntityRef()
parent: Entity | null = null;
}
// 使用示例
const scene = new Scene();
const parent = scene.createEntity('Parent');
const child = scene.createEntity('Child');
const comp = child.addComponent(new ParentComponent());
comp.parent = parent;
console.log(comp.parent); // Entity { name: 'Parent' }
// 当 parent 被销毁时comp.parent 自动变为 null
parent.destroy();
console.log(comp.parent); // null
```
#### 多个引用属性
一个组件可以有多个 `@EntityRef` 属性:
```typescript
@ECSComponent('Combat')
class CombatComponent extends Component {
@EntityRef()
target: Entity | null = null;
@EntityRef()
ally: Entity | null = null;
@EntityRef()
lastAttacker: Entity | null = null;
}
// 使用示例
const player = scene.createEntity('Player');
const enemy = scene.createEntity('Enemy');
const npc = scene.createEntity('NPC');
const combat = player.addComponent(new CombatComponent());
combat.target = enemy;
combat.ally = npc;
// enemy 销毁后,只有 target 变为 nullally 仍然有效
enemy.destroy();
console.log(combat.target); // null
console.log(combat.ally); // Entity { name: 'NPC' }
```
#### 安全检查
`@EntityRef` 提供了多重安全检查:
```typescript
const scene1 = new Scene();
const scene2 = new Scene();
const entity1 = scene1.createEntity('Entity1');
const entity2 = scene2.createEntity('Entity2');
const comp = entity1.addComponent(new ParentComponent());
// 跨场景引用会失败
comp.parent = entity2; // 输出错误日志comp.parent 为 null
console.log(comp.parent); // null
// 引用已销毁的实体会失败
const entity3 = scene1.createEntity('Entity3');
entity3.destroy();
comp.parent = entity3; // 输出警告日志comp.parent 为 null
console.log(comp.parent); // null
```
#### 实现原理
`@EntityRef` 使用以下机制实现自动引用追踪:
1. **ReferenceTracker**: Scene 持有一个引用追踪器,记录所有实体引用关系
2. **WeakRef**: 使用弱引用存储组件,避免循环引用导致内存泄漏
3. **属性拦截**: 通过 `Object.defineProperty` 拦截 getter/setter
4. **自动清理**: 实体销毁时,ReferenceTracker 遍历所有引用并设为 null
```typescript
// 简化的实现原理
class ReferenceTracker {
// entityId -> 引用该实体的所有组件记录
private _references: Map<number, Set<{ component: WeakRef<Component>, propertyKey: string }>>;
// 实体销毁时调用
clearReferencesTo(entityId: number): void {
const records = this._references.get(entityId);
if (records) {
for (const record of records) {
const component = record.component.deref();
if (component) {
// 将组件的引用属性设为 null
(component as any)[record.propertyKey] = null;
}
}
this._references.delete(entityId);
}
}
}
```
#### 性能考虑
`@EntityRef` 会带来一些性能开销:
- **写入开销**: 每次设置引用时需要更新 ReferenceTracker
- **内存开销**: ReferenceTracker 需要维护引用映射表
- **销毁开销**: 实体销毁时需要遍历所有引用并清理
对于大多数场景,这些开销是可以接受的。但如果有**大量实体和频繁的引用变更**,存储ID可能更高效。
#### 最佳实践
```typescript
// 推荐:适合使用 @EntityRef 的场景 - 父子关系
@ECSComponent('Transform')
class Transform extends Component {
@EntityRef()
parent: Entity | null = null;
position: { x: number, y: number } = { x: 0, y: 0 };
// 可以直接访问父实体的组件
getWorldPosition(): { x: number, y: number } {
if (!this.parent) {
return { ...this.position };
}
const parentTransform = this.parent.getComponent(Transform);
if (parentTransform) {
const parentPos = parentTransform.getWorldPosition();
return {
x: parentPos.x + this.position.x,
y: parentPos.y + this.position.y
};
}
return { ...this.position };
}
}
// 不推荐:不适合使用 @EntityRef 的场景 - 大量动态目标
@ECSComponent('AITarget')
class AITarget extends Component {
@EntityRef()
target: Entity | null = null; // 如果目标频繁变化用ID更好
updateCooldown: number = 0;
}
// 推荐这种场景用ID更好
@ECSComponent('AITarget')
class AITargetBetter extends Component {
targetId: number | null = null; // 存储ID
updateCooldown: number = 0;
}
```
#### 调试支持
ReferenceTracker 提供了调试接口:
```typescript
// 查看某个实体被哪些组件引用
const references = scene.referenceTracker.getReferencesTo(entity.id);
console.log(`实体 ${entity.name}${references.length} 个组件引用`);
// 获取完整的调试信息
const debugInfo = scene.referenceTracker.getDebugInfo();
console.log(debugInfo);
```
#### 总结
- **推荐做法**: 大部分情况使用存储ID + System查找的方式
- **EntityRef 适用场景**: 父子关系、复杂关联、组件内需要直接访问引用实体的场景
- **核心优势**: 自动清理、防止悬空引用、代码更简洁
- **注意事项**: 有性能开销,不适合大量动态引用的场景
组件是 ECS 架构的数据载体,正确设计组件能让你的游戏代码更模块化、可维护和高性能。