UC++ 之 反射机制

一、什么是反射机制？

反射的概念是由 Smith 在1982年首次提出的。
主要是指程序在 运行时 可以访问、检测和修改其本身状态或行为的一种能力。

二、UE 的反射机制

UE中的反射机制主要用于以下几个方面：
1.序列化：反射可以帮助保存和加载游戏状态，包括游戏进度、配置设置等。
2.编辑器的细节面板：通过反射，编辑器可以显示和编辑对象的所有属性。
3.垃圾回收：UE的垃圾回收系统可以通过反射来跟踪哪些对象正在被使用，哪些对象可以安全地删除。
4.网络复制：在网络游戏中，反射被用来同步不同玩家的游戏状态。
5.蓝图/C++通信和相互调用：反射允许蓝图（UE的视觉脚本系统）和 C++ 代码相互通信和调用。
6.事件系统：可以在蓝图中创建自定义事件，并在C++代码中触发这些事件。
7.插件系统：通过反射，插件可以在运行时被动态加载，并且可以访问和修改游戏的状态。
8.控制台命令：可以在运行时通过控制台输入命令来修改游戏的状态。
9.属性绑定：可以使用反射来创建属性绑定。如将UI元素（如文本和滑块）绑定到游戏状态，从而实时更新。
10.细节面板：在 UE Editor 中（开启那刻就算程序运行了）对各种Actor的属性进行修改。

三、反射系统简单分析

1. 反射宏标记

编码过程中，使用 UCLASS()、USTRUCT()、UENUM()、UFUNCTION()、UPROPERTY() 等宏来标记类和成员变量，可以将其添加到反射系统；之后，基于 UE 反射的 垃圾回收(GC)系统等可以管理我们的反射数据。

在宏标记中，我们可以选择性的添加标识符，以决定被反射数据可以在哪里使用、如何被使用。
有选择性添加标识符，可以减少不必要的反射数据，这样做可以节省元数据所占用的内存。
举例：主动用 UPROPERTY 标记成员，GC 会帮我们管理该成员指针，或者使用 AddToRoot 方法，可以防止GC。

1.1 UPROPERTY

添加后，公开成员变量给蓝图。
注意：嵌套模板和部分类型不能被反射，如TArray、TMap的嵌套。

使用方法：
在属性声明前使用
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UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadOnly, Category="Combat")
float Damage;

常用属性说明符（更多的可以查看官方文档）
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1.2 UFUNCTION

公开函数方法给蓝图，可以实现蓝图与C++的交互调用。

使用方法：
在函数声明前使用

UFUNCTION(BlueprintCallable, Category="Damage")
void CalculateValues();

常用属性说明符（更多的可以查看官方文档）
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若在C++中提供默认实现方法，实现方法的命名需要类似于<函数名>_Implementation()

void AMyActor::CalledFromCpp_Implementation()
{
    // 这里添加实现代码
}

2. 反射数据

被反射的类或变量等数据将会被保存在元数据当中。
通过元数据对象，我们可以获取到被反射类或成员的所有数据，
比如类名、继承关系、包含的成员变量、类型信息等。元数据类的继承关系如下：
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2.1 简要继承图

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2.2 获取元数据

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获取类和结构体的元数据

  • 对于继承 UObject 类的子类，我们可以使用静态方法 StaticClass() 获取该类的反射对象（元数据）。
  • 对于结构体，可以使用 StaticStruct() 获取结构体的反射数据。
  • 继承 UObject 类的实例，也可以使用 GetClass() 来获取元数据，而结构体对象则不可以。

获取被反射的成员变量的元数据
继承 UStruc t的 UClass 和 UScriptStruct 是聚合结构体的元数据；
可以通过它们得到类包含的成员，例如遍历获取类包含的被反射的成员变量：

for(TFieldIterator<UProperty> It(GetClass()); It; ++It)
{
	UProperty* Prop = *It;
}

获取被反射函数方法的元数据
如果要获取类的反射方法，可以调用类对象的FindFunction 方法或者类元数据的 FindFunctionByName 方法来获取反射方法的元数据。

UFunction* Func = ObjectSelf->FindFunction(FName FuncName);
UFunction* Func = ObjectSelf->GetClass()->FindFunctionByName(FName FuncName);

获取被反射枚举的元数据
通过 FindObject 可以获取任意的 UObject 类对象，枚举的反射数据被保存在 UEnum 类实例中，而UObject又是UEnum的祖父类。所以，可以通过 FindObject 来获取枚举类的反射数据对象。

//所所有包中查找名为EnumName的枚举类的反射数据，并精准匹配。
UEnum* EnumPtr = FindObject<UEnum>(ANY_PACKAGE, *EnumName, true);

3. 反射离不开的两个工具：UBT（UnrealBuildTool）、UHT（UnrealHeadTool）

UE 的反射是宏反射，有大量的代码使用了宏定义，两个工具分别负责预处理宏替换、编译配置和链接。

UBT 编译和链接时使用

  • 主要负责编译和链接源代码，将代码转换为可执行的游戏或应用程序;
  • 集成了编译器和链接器，可以与各种不同的编译器（如 MSVC、Clang、GCC 等）进行交互，完成代码的编译和链接过程。

UHT 预处理时使用

  • 在预处理阶段，UHT 会解析头文件中的标记宏（如 UCLASS、USTRUCT 等），并根据这些宏生成对应的元数据。
  • 生成的临时文件通常以 .generated.h 后缀命名，包含类声明、结构体声明、枚举声明等信息。
  • 用于帮助编译器和链接器正确处理和链接对象的属性、方法等内容。

参考资料

UE 文档
UE 基础学习

下一节：UC++ 之 垃圾回收

posted @ 2024-04-19 00:10  bok_tech  阅读(111)  评论(0)    收藏  举报