Cocos2d-x 3.x基础学习：深入理解Cocos2d-x 3.x UI树

03月

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本文基于Cocos2d-x 3.2版本，其他版本API可能会有所变化，主要讲对UI树的理解。
Cocos2d-x 3.x 引擎的UI树系统

首先得普及一下Cocos2d-x的基础概念，Cocos2d-x的游戏世界一般是由一个又一个的场景（Sence）组成的，比如登录是一个场景，战斗是一个场景；然后场景之下分为一个又一个的层（Layer），比如界面层，地图层；层下又分为一个又一个的精灵、UI控件以及各类的界面元素。而以上种种都是基于一个叫做Node的基类。
好了，回顾完了。下面我们来看看这个Node究竟做了什么（下面的声明忽略的部分无关函数）：

class CC_DLL Node : public Ref  
{  
public:  
    ////// ADD //////  
    virtual void addChild(Node * child);  
    virtual void addChild(Node * child, int localZOrder);  
    virtual void addChild(Node* child, int localZOrder, int tag);  
    virtual void addChild(Node* child, int localZOrder, const std::string &name);  
  
    ////// GET //////  
    virtual Node * getChildByTag(int tag) const;  
    virtual Node* getChildByName(const std::string& name) const;  
    template <typename T>  
    inline T getChildByName(const std::string& name) const { return static_cast<T>(getChildByName(name)); }  
    virtual void enumerateChildren(const std::string &name, std::function<bool(Node* node)> callback) const;  
    virtual Vector<Node*>& getChildren() { return _children; }  
    virtual const Vector<Node*>& getChildren() const { return _children; }  
    virtual ssize_t getChildrenCount() const;  
    virtual Node* getParent() { return _parent; }  
    virtual const Node* getParent() const { return _parent; }  
  
  
    ////// REMOVES //////  
    virtual void removeFromParent();  
    virtual void removeFromParentAndCleanup(bool cleanup);  
    virtual void removeChild(Node* child, bool cleanup = true);  
    virtual void removeChildByTag(int tag, bool cleanup = true);  
    virtual void removeChildByName(const std::string &name, bool cleanup = true);  
    virtual void removeAllChildren();  
    virtual void removeAllChildrenWithCleanup(bool cleanup);  
}

可以看出大致分为3类方法，第一个是addChild，作用是为此节点添加子节点，当我们需要将一个精灵添加到层中时，我们可以这么做

Layer l = Layer::create();  
Sprite s = Sprite::create();  
l->addChild(s);  
this->addChild(l);

addChild还有其他的几个变种，这里就不多解释了。addChild是UI树的重要组成部分之一，它将一个节点添加到UI树中，UI树会保持对这个节点的强引用（关于内存部分，下篇文章会说到）。

第二个重要的方法是getXXX，相信用的人也挺多了，这里就不多说了，着重说下新冒出来的吧，分别是：

template <typename T>  
inline T getChildByName(const std::string& name) const { return static_cast<T>(getChildByName(name)); }  
virtual void enumerateChildren(const std::string &name, std::function<bool(Node* node)> callback) const;

第一个getChildByName<T>和普通的getChildByName其实差不多，看实现就知道了，只不过这个增加了一个模板，不用手动写静态转换。使用方法也差不多，例如，我想要获取到一个层下名字叫“exit”的精灵节点，就可以这么用：

l->getChildByName<Sprite>("exit");

是不是稍微简洁点？

再说说另外一个函数enumerateChildren，这个函数就非常给力了，这个函数会搜索当前节点下的所有子节点，只要节点下的子节点的名字与参数name一致，就会执行第二个参数的回调函数callback（当然，这函数还不止那么简单）。这里不做更多的分析（以后会单独出一篇文章对这个函数进行具体的分析，这个函数也是一个非常有意思的函数啊，= =）

接下来的函数就是removeXXXX了，这个函数的作用就是从UI树中移除某个节点，例如removeFromParent就是从UI数中将自己从父节点中移除。removeChild就是将参数中的子节点从UI树中移除。

OK，基本函数已经介绍完毕；下面来说说UI树的组成。一般而言，Scene就是UI树的根节点，而Layer节点一般作为Scene下的节点，Layer可以嵌套Layer；Layer也有许多变种，例如LayerColor。Layer上可以添加各种图片以及控件，这些图片和控件上也可以添加各类子节点，由于所有的这些的基类都是Node，所以添加起来非常自由，但是需要记住的是，虽然可以把Layer添加到一个Sprite上，但是这是一个在正常需求下不太合乎逻辑的事情。

上述基本就是Cocos2d-x 3.x引擎的UI树系统，合理的使用这个UI树系统将会加快游戏开发的进度以及提高游戏的稳定性。

UI树的内存管理机制，及如何利用UI树对游戏中的UI内存进行合理管理

说到UI树的内存管理机制，就不得不提Cocos2d-x的内存管理机制——引用计数了，相信只要不是初学者都已经理解了这一块了，这里还是对Cocos2d-x的内存管理机制做一个大概的介绍吧。

Cocos2d-x采用的是引用计数法作为其内存管理的方法，引用计数法的核心思想为，当某个类需要引用变量x时，需要增加一个变量x的引用计数，当这个类不需要变量x时，需要减少一个变量x的引用计数。这样，谁引用，谁释放，引用和释放成对出现，就可以避免掉内存泄露的问题了。Cocos2d-x对这一方法还有一个扩展，就是自动延迟释放机制，就是，如果存在一个变量x，它在函数的一帧上都需要用，但是下一帧，变量x就可以被释放掉，如果我们手动的在下一帧上释放x，操作其他会非常麻烦，也不直观，Cocos2d-x提供了一个函数：autorelease，这个函数将会把对象加入到默认的自动释放池中，在一帧结束，引擎将自动清理自动释放池中的变量内存，这样就非常方便了。

Cocos2d-x有一个不成文的规定，指针的创建一般不会用new直接创建，而是通过一个方法：create来创建，这个方法已经被引擎封装成一个宏定义了：CREATE_FUNC，下面是这个宏定义的实现：

#define CREATE_FUNC(__TYPE__) \  
static __TYPE__* create() \  
{ \  
    __TYPE__ *pRet = new __TYPE__(); \  
    if (pRet && pRet->init()) \  
    { \  
        pRet->autorelease(); \  
        return pRet; \  
    } \  
    else \  
    { \  
        delete pRet; \  
        pRet = NULL; \  
        return NULL; \  
    } \  
}

其他函数我们不分析，可以看到它在其中首先new了这个类__TYPE__，这时候new出来的对象的引用计数为1，然后初始化完成后，这里执行了autorelease，这时候引用计数仍然为1，但是引擎将其加入了自动释放池，在这一帧结束的时候，这个对象的引用计数将变为0，引用计数为0的对象将会被释放掉。

上述很啰嗦的介绍了一下Cocos2d-x的内存管理机制，现在进入正文了，当一个节点被加入到UI树中，它的引用计数将会有怎么样的变化呢？下面是Node的addChild的源码分析（addChild中真正的实现在addChildHelper中，下文忽略了不相关的代码）：

void Node::addChildHelper(Node* child, int localZOrder, int tag, const std::string &name, bool setTag)  
{  
    this->insertChild(child, localZOrder);  
      
    if (setTag)  
        child->setTag(tag);  
    else  
        child->setName(name);  
      
    child->setParent(this);  
    child->setOrderOfArrival(s_globalOrderOfArrival++);  
}

可以看到真正的实现是在insertChild这个函数中的，我们继续尾随进去：

void Node::insertChild(Node* child, int z)  
{  
    _transformUpdated = true;  
    _reorderChildDirty = true;  
    _children.pushBack(child);  
    child->_setLocalZOrder(z);  
}

好艰辛，终于看到了什么，这里将child加入到了_children中，_children是什么呢？看它的声明

Vector<Node*> _children;

注意，这是一个大写V开头的Vector，说明这是Cocos2d-x自己实现的可变数组，这个数组实际上和std标准库中的数组的实现差不多，标准库的算法可以完美的应用在这个数组上，这个数组与std::vector的最大区别就是引入了引用技术机制。在pushBack中，究竟做了些什么呢？

void pushBack(T object)  
{  
    CCASSERT(object != nullptr, "The object should not be nullptr");  
    _data.push_back( object );  
    object->retain();  
}

没错，重点在于这里

object->retain();

它对于添加进来的对象都增加了引用，这样就说明，所有被加入UI树中的节点都会被UI树保持强引用。

接下来对于removeXXXX函数进行分析，就挑选removeChild函数进行分析吧（其他函数也大同小异）

void Node::removeChild(Node* child, bool cleanup /* nbsp;= true */)  
{  
    // explicit nil handling  
    if (_children.empty())  
    {  
        return;  
    }  
  
    ssize_t index = _children.getIndex(child);  
    if( index != CC_INVALID_INDEX )  
        this->detachChild( child, index, cleanup );  
}

而这个函数最终调用的是 detachChild函数，来继续跟踪进去吧（忽略的无关代码）

void Node::detachChild(Node *child, ssize_t childIndex, bool doCleanup)  
{  
    // set parent nil at the end  
    child->setParent(nullptr);  
  
    _children.erase(childIndex);  
}

这里的重点代码就是

_children.erase(childIndex);

同样跟踪进入看看它的实现：

iterator erase(ssize_t index)  
{  
    CCASSERT(!_data.empty() && index >=0 && index < size(), "Invalid index!");  
    auto it = std::next( begin(), index );  
    (*it)->release();  
    return _data.erase(it);  
}

没错，它执行了下面这句代码：

(*it)->release();

减少了对象的引用计数，这样就能将UI从UI树中分离并且不会造成内存泄露了。

当然，这样做的好处还不止这些，试想如下代码

Scene* s = Scene::create();  
Director::getInstance()->runWithScene(s);  
Layer* l = Layer::create();  
s->addChild(l);  
  
.... 若干帧后  
  
s->removeChild(l);

是否会造成内存泄露？

答案是不会，而且这样写出来的代码，我们并不需要关心内存的分配问题，引擎会自动帮我们申请内存，并且在不需要的时候，自动将内存回收。这似乎是一个非常好的解决方案，但是也有一些不足。

试想如下使用场景，现需要将上述的l节点与s节点中间增加一个层m，m是s场景的子节点，也是l层的父节点，这时候应该怎么做呢？要知道在removeChild之后，l层的内存已经被释放掉了。似乎没有什么解决方法了，看下文：

Scene* s = Scene::create();  
Director::getInstance()->runWithScene(s);  
Layer* l = Layer::create();  
l->setTag(1);  
s->addChild(l);  
  
.... 若干帧后  
  
auto l = s->getChildByTag(1);  
l->retain();  
s->removeChild(l);  
Layer* m = Layer::create();  
s->addChild(m);  
m->addChild(l);  
l->release();

这样提前将l取出来增加一个引用计数就可以避免l的内存被UI树释放掉了，但是值得注意的是，retain方法必须与release方法对应出现，否则会造成内存泄露。但是开发者往往会忘记写后面的release从而造成内存泄露，那么怎么避免这样的情况出现呢，答案是：智能指针。看下面的代码

Scene* s = Scene::create();  
Director::getInstance()->runWithScene(s);  
Layer l = Layer::create();  
l->setTag(1);  
s->addChild(l);  
  
.... 若干帧后  
  
RefPtr<Node*> l = s->getChildByTag(1);  
s->removeChild(l);  
Layer m = Layer::create();  
s->addChild(m);  
m->addChild(l);

非常简单方便，完全不需要关心内存的申请和释放，关于智能指针部分以后会对其做出分析。

Cocos2d-x 3.x基础学习：深入理解Cocos2d-x 3.x UI树

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