理解 ECS

Bevy 是基于 ECS 的游戏引擎。

ECS 即表示 Entity, Component, System。

Componnet 是定义游戏世界各种概念的基本单元，比如代表玩家的 Player, 代表位置的 Position, 代表计时器的 Timer，代表窗口的 Window 等；

Entity 是游戏运行时一组相关 Component 的集合，比如描述一个玩家精灵时，需要 (Player, Position) 两个 Component 来标识；

System 定义游戏运行的规则，即 Entity 间如何交互。

下面通过一个例子来直观理解下：

use bevy::prelude::*;

// Player 是一个 Component
struct Player {
    name: String,
}

// Position 是一个 Component
struct Position {
    pub x: f32,
    pub y: f32,
}

// setup_system 是一个 System
fn setup_system(
    mut commands: Commands
) {
    // 生成一个 Entity
    commands.spawn()
        .insert(Player {name: "player1".to_string()})
        .insert(Position {x: 0.0, y: 0.0});

    // 又生成一个 Entity
    commands.spawn()
        .insert(Player {name: "player2".to_string()})
        .insert(Position {x: 0.0, y: 0.0});
}

// debug_system 是一个 System
fn debug_system(
    mut user_query: Query<(&Player, &mut Position)>,
) {
    println!("debug_system 开始");
    for (player, mut position) in user_query.iter_mut() {
        println!("查询到 {}, 当前位置： {},{}", player.name, position.x, position.y);
        println!("更新 {}", player.name);
        position.x += 1.0;
        position.y += 1.0;
    }
    println!("debug_system 结束\n\n");
}

fn main() {
    App::build()
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        .add_startup_system(setup_system.system())
        .add_system(debug_system.system())
        .run();
}

运行结果：

debug_system 开始
查询到 player1, 当前位置： 0,0
更新 player1
查询到 player2, 当前位置： 0,0
更新 player2
debug_system 结束


debug_system 开始
查询到 player1, 当前位置： 1,1
更新 player1
查询到 player2, 当前位置： 1,1
更新 player2
debug_system 结束


debug_system 开始
查询到 player1, 当前位置： 2,2
更新 player1
查询到 player2, 当前位置： 2,2
更新 player2
debug_system 结束


...

在 Bevy 中，Component 可以是任意 struct 或 enum；Entity 可以通过 Commands::spawn 生成；System 则是一些具有特殊参数的函数。

上面的例子中，Player 和 Position 都是 Component，在 setup_system 中，声明 mut commands: Commands 通过 commands 生成两个 Entity，这两个 Entity 都各自包含了 Player 和 Position 两个 Component 实例。

在 debug_system 中，我们声明了 Query 参数，Query 赋予了我们查询符合条件的 Entity 的能力，比如 Query<(&Player, &mut Position) 就表示查询同时包含 Player 和 Position 这两个 Component 的 Entity。

最后，我们使用 add_startup_system 添加 setup_system 是因为 setup_system 只需要运行一次，而通 add_system 添加 debug_system 是因为 debug_system 在游戏运行的每个物理帧都要执行。

简单来说我们可以根据下图理解 ECS：

ecs

假设我们已经有了 Player, Position, Robot 等 Component，然后通过 commands.spawn().insert(Player).insert(Position) 和 commands.spawn().insert(Player).insert(Position).insert(Robot) 生成两个 Entity。

在 System 中，我们通过 Query 可以查询不同的 Entity:

Query<&Player> 查询所有带有 Player 的 Entity (entity1，entity2)
Query<(&Player, &Robot)> 查询所有同时带有 Player 和 Robot 的 Entity (entity2)
Query<&Player, With<Robot>> 查询所有同时带有 Player 和 Robot 的 Entity (entity2)，和上面的区别是这个只能读取 Player，不能读取 Robot，相对的查询效率更高效
Query<&Player, Without<Robot>> 查询所有不带有 Robot 的 Player 的 Entity (entity1)
Query<(&Player, Option<&Robot>)> 查询所有带有 Player 的 Entity，并且尝试获取该 Entity 的 Robot Component (entity1, entity2)

Query 中的 Component 前面加上 & 表示只读，加上 &mut 表示可写。