虚幻引擎_核心框架

Howrun7772026-01-29 12:39

一、UE 核心框架整体分层

UE 的核心框架采用分层设计，底层屏蔽平台差异，上层提供游戏开发的通用能力，整体可分为 4 层:

层级 核心职责 关键组件 / 模块
平台抽象层 屏蔽 Windows/PS/Xbox/ 移动端等平台的底层差异，提供统一接口 Core/Public/Platform（平台 API 封装）、RHIs（渲染硬件接口，如 DX12/Vulkan/Metal）
核心系统层 引擎的基础支撑，提供内存管理、线程、反射、GC、序列化等核心能力 UObject 体系、TaskGraph（线程任务）、Memory Manager、Serialization System
引擎层 游戏开发的核心能力集，提供渲染、物理、音频、输入、资源管理等通用功能 Renderer、PhysX、Audio Engine、Input System、Asset Manager
游戏框架层 基于引擎层封装的游戏专属逻辑框架，提供开箱即用的游戏对象和规则 World、Actor/Component、GameMode/GameState、PlayerController、UI 系统（UMG）

核心设计原则

  • 高内聚低耦合：每层仅依赖下一层，模块间通过接口通信，便于扩展和替换（如替换渲染后端、物理引擎）；
  • 可定制化：底层核心系统稳定，上层游戏框架可通过 C++/ 蓝图自定义；
  • 多线程并行：核心逻辑拆分到不同线程，最大化利用多核 CPU。

二、核心线程模型（UE 框架的 "动力系统"）

UE 核心线程配合逻辑 + 具体游戏实例-CSDN博客

1. 核心线程模型 (The "Big Three" + Others)

UE 的架构是典型的 "主从式 + 任务图" 混合结构。

|---------------------------|------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------|
| 线程名称 | 核心职责 | 关键特性 (必须要背的) |
| 游戏线程 (Game Thread) | **大管家 / 权威:**处理 Gameplay 逻辑、Blueprint 虚拟机、动画更新(部分)、AI 决策、UI 布局、网络逻辑同步。 | 只有它能修改 Actor/UObject 的状态。 所有其他线程要修改游戏数据，必须"请求"游戏线程来做。 |
| 渲染线程 (Render Thread) | 翻译官:接收游戏线程的命令，生成渲染指令。处理可视性裁剪 (Culling)、LOD 计算。 | 游戏线程运行比渲染线程快 1-2 帧 。 不能直接访问游戏线程的 UObject，只能访问其镜像数据 (Proxy)。 |
| RHI 线程 (RHI Thread) | **驱动层:**Render Hardware Interface。负责将渲染线程的指令提交给显卡驱动 (DX12/Vulkan)。 | 用于并行渲染，减轻渲染线程压力，防止驱动层阻塞。 |
| 音频线程 (Audio Thread) | **调音师:**处理声音播放请求、混音、DSP 音效处理、3D 空间化计算。 | 独立于游戏帧率，保证声音不卡顿。 |
| 物理任务 (Async Physics) | 物理模拟: 基于 Chaos 引擎。计算刚体碰撞、布料模拟、破坏效果。 | UE5 支持"异步物理 Tick"，允许物理模拟频率与游戏帧率解耦。 |
| 工作线程池(Worker Threads) | 打工人 通过 TaskGraph 系统动态调度的线程池。处理光照构建、资源流式加载、复杂的数学计算。 | 用完即走，高度并行。 |

2. 线程通信机制

UE 严禁跨线程直接访问数据（会崩溃或死锁），必须使用以下机制：

|-----------------|----------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------|
| 通信方向 | 核心机制 | 代码/宏示例 |
| 游戏线程 → 渲染线程 | 渲染命令队列(Render Command Queue) | ENQUEUE_RENDER_COMMAND(...) 游戏线程把数据打包成包，扔进队列就不管了（非阻塞）。 |
| 任意线程 → 游戏线程 | 任务图系统 (TaskGraph System) | FFunctionGraphTask::CreateAndDispatchWhenReady(...) 让游戏线程在下一帧空闲时执行某个回调函数。 |
| 游戏线程 ↔ 物理线程 | 双缓冲数据 (Double Buffering) | 物理引擎计算时使用的是数据的副本。计算完成后，在同步点 (Sync Point) 将位置/旋转写回 Actor。 |
| 线程同步与互斥 | 锁与原子操作 | FScopeLock (作用域锁), FThreadSafeCounter (原子计数器)。 警告：在 Gameplay 逻辑中应尽量避免用锁，改用任务通知。 |

三、模块系统（Module System）------ UE 框架的 "组织单元"

UE 的所有功能都以模块（Module） 为单位组织，模块是代码编译、链接、加载的最小单元，也是框架扩展性的核心：

1. 模块的核心特性

  • 模块化封装 ：每个模块对应一个功能域（如Core、Engine、RenderCore、UMG），内部代码高内聚；
  • 依赖管理 ：模块间通过Build.cs声明依赖（公有 / 私有），引擎自动处理加载顺序；
  • 动态加载：支持运行时动态加载 / 卸载模块（如插件模块），降低内存占用；
  • 跨平台编译 ：通过Target.cs配置不同平台的编译选项、宏定义、链接库。

2. 核心模块组成（UE 必选模块）

核心模块 职责
Core 最底层核心模块，提供基础类型（FString/FVector）、内存管理、线程、容器（TArray/TMap）
CoreUObject UObject 体系的核心模块，提供反射、GC、序列化、元数据系统
Engine 引擎核心模块，封装 Actor、World、输入、物理、音频等游戏基础功能
RenderCore 渲染核心模块，提供渲染硬件接口（RHI）、渲染资源管理
Renderer 渲染实现模块，提供光栅化、光照、粒子、后期处理等渲染逻辑
InputCore 输入核心模块，封装跨平台输入设备（键鼠 / 手柄 / 触屏）的统一接口

3. 模块配置文件

  • Build.cs：定义模块的名称、依赖、包含路径、链接库、编译选项（如：PublicDependencyModuleNames.AddRange(new string[] { "Core", "CoreUObject", "Engine" });）；
  • Target.cs：定义编译目标（客户端 / 服务器 / 编辑器）、平台配置、编译宏（如bBuildEditor = true;表示编译编辑器版本）。

四、UObject 体系

UObject 体系是 UE 框架最核心的设计，是所有游戏对象、资源的基础，支撑了反射、蓝图、GC、序列化等关键能力，也是 UE 区别于其他引擎的核心特征：

1. UObject 体系的结构

bash 复制代码 
UObject (万物之源：垃圾回收 / 反射 / 序列化)
│
│  # 1. [实体与逻辑] World Actors
├─────── AActor (场景实体基类)
│           ├── APawn
│           │     └── ACharacter (胶囊体 + CharacterMovement)
│           ├── AController (控制者)
│           │     ├── APlayerController (玩家输入 / HUD / 摄像机管理)
│           │     └── AAIController (AI 寻路 / 行为树驱动)
│           ├── AInfo (纯逻辑)
│           │     ├── AGameModeBase (服务器端规则)
│           │     ├── AGameStateBase (全网同步的游戏状态)
│           │     └── APlayerState (全网同步的玩家个人数据：计分、名字)
│           ├── AHUD (传统的 UI 绘制类，用于调试或管理 Widget)
│           └── ACameraActor (摄像机演员)
│
│  # 2. [组件系统] Components (能力的积木)
├─────── UActorComponent (逻辑组件)
│           ├── USceneComponent (带 Transform 坐标)
│           │     ├── UPrimitiveComponent (渲染与物理)
│           │     │     ├── UStaticMeshComponent
│           │     │     ├── USkeletalMeshComponent (带动画)
│           │     │     ├── UShapeComponent (碰撞盒: Box/Sphere/Capsule)
│           │     │     └── UParticleSystemComponent (粒子特效)
│           │     ├── UAudioComponent (音效)
│           │     ├── UCameraComponent (摄像机视角)
│           │     └── UChildActorComponent (在 Actor 里嵌套另一个 Actor)
│           ├── UMovementComponent (移动逻辑)
│           │     ├── UProjectileMovementComponent (投射物/子弹)
│           │     └── URotatingMovementComponent (自转)
│           └── UInputComponent (接收按键输入)
│
│  # 3. [核心框架] Framework & System
├─────┬── UWorld (地图容器，管理 Level / Physics / Rendering)
│     ├── ULevel (关卡数据)
│     ├── UGameInstance (全局单例，跨关卡持久化)
│     ├── ULocalPlayer (本地玩家代表，管理分屏和 Slate 视口)
│     ├── USaveGame (存档对象，序列化成 .sav 文件)
│     └── USubsystem (生命周期自动管理的子系统)
│           ├── UGameInstanceSubsystem (如：成就系统)
│           ├── UWorldSubsystem (如：怪物生成器)
│           └── UEditorSubsystem (仅编辑器工具)
│
│  # 4. [动画系统] Animation (角色表现的核心)
├─────┬── UAnimInstance (动画蓝图的基类，处理动画状态机)
│     ├── UAnimSequence (动画序列资源)
│     └── UAnimMontage (动画蒙太奇，用于播放攻击动作等)
│
│    # 5. [UI 系统] User Interface
├──── UVisual
│        └── UWidget (Slate 包装器)
│                 ├── UUserWidget (UMG 蓝图基类)
│                 └── UPanelWidget (布局容器：CanvasPanel, VerticalBox)
│
│  # 6. [静态资产] Assets (Content Browser 中的文件)
├─────┬── UDataAsset (通用数据表)
│     ├── UStreamableRenderAsset
│     │     ├── UTexture (纹理)
│     │     └── UStaticMesh / USkeletalMesh (模型)
│     ├── USoundBase
│     │     ├── USoundCue (音频逻辑图)
│     │     └── USoundWave (音频源文件)
│     ├── UMaterialInterface (材质)
│     ├── UInputMappingContext / UInputAction (UE5 增强输入资源)
│     └── UBehaviorTree / UBlackboardData (AI 行为树资源)
│
│ # 7. [反射与元数据] Reflection
├────── UField
│           ├── UStruct
│           │     ├── UClass (类的类型信息)
│           │     ├── UFunction (函数)
│           │     └── UScriptStruct (结构体)
│           └── UEnum (枚举)
│
│ # 8. [接口] Interface
└────── UInterface (C++ 接口基类)

2. 各子类详细解析:

👑 根基：UObject

作用：所有 UE 类的祖先。提供垃圾回收 (GC)、反射 (Reflection)、序列化 (Serialization) 和网络复制的基础。

常用函数：

  • CreateDefaultSubobject<T>("Name")：仅构造函数用。创建组件或子对象。

  • GetWorld()：获取当前对象所属的世界（用于生成 Actor、设置定时器等）。

  • GetName()：获取对象的名称字符串。

  • IsA(UClass*)：判断当前对象是不是某个类（或子类）。

1.1. 🌍 实体与逻辑 (World Actors)

所有能被 Spawn 到世界里的东西。

AActor

作用：世界中存在的实体的基类。

常用函数：

  • BeginPlay()：游戏开始时调用（初始化逻辑写这）。

  • Tick(float DeltaTime)：每帧调用（高频逻辑）。

  • GetActorLocation() / SetActorLocation()：获取/设置位置。

  • Destroy()：销毁自己。

  • SetActorHiddenInGame(bool)：隐藏/显示。

  • GetDistanceTo(OtherActor)：计算距离。

AActor -> APawn (继承自 Actor)

作用：可以被 Controller "附身 (Possess)" 的代理体。

常用函数：

  • AddMovementInput()：输入移动向量（需配合 MovementComponent）。

  • GetController()：获取当前控制它的控制器。

  • PossessedBy(Controller)：当被附身时触发的回调。

AActor -> APawn -> ACharacter (继承自 Pawn)

作用：人形角色，自带胶囊体碰撞和强大的移动组件。

常用函数：

  • Jump() / StopJumping()：跳跃逻辑。

  • Crouch() / UnCrouch()：蹲伏逻辑。

  • GetCharacterMovement()：获取移动组件指针（修改速度、重力等）。

AActor -> AController

作用：控制 Pawn 的大脑。

常用函数：

  • Possess(APawn*)：控制某个 Pawn。

  • UnPossess()：释放当前 Pawn。

AActor -> AController -> APlayerController

  • GetHUD()：获取 HUD 实例。

  • GetMousePosition(...)：获取鼠标在屏幕的位置。

  • SetInputMode(...)：切换 UI 模式或游戏模式。

AActor -> AController -> AAIController

  • MoveToActor(...)：让 AI 走到目标面前。

  • RunBehaviorTree(...)：运行行为树。

AActor -> AInfo (及其子类)

AActor -> AInfo -> AGameModeBase

作用：

bash 复制代码 
核心管理：控制玩家进入流程（PreLogin/Login/PostLogin）。
角色生成：决定默认生成哪个 Pawn、哪个 Controller 和哪个 HUD。
位置选择：决定玩家在哪个 PlayerStart 处出生。
权限模型：纯服务器逻辑，不允许客户端修改，保证游戏公平。

函数：SpawnDefaultPawnAtTransform(...)（生成玩家）、PostLogin(...)（玩家连入时触发）。

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AGameModeBase (基类：定义游戏基础规则、玩家进入、Pawn生成)
│
├── AGameMode (引擎核心子类：增加了"匹配状态机" Match State)
│     │
│     ├── AShooterGameMode (UE官方示例：如《暗影枪神》中的对战模式实现)
│     │   # 功能：处理杀敌得分规则、连杀奖励逻辑、团队平衡校验。
│     ├── ACommonGameMode (Modular Gameplay 插件中用于模块化开发的变体)
│     └── [YourProject]GameMode (你的项目自定义：如 AMyGameMode)
│         # 功能：处理特定的胜负条件（如：塔楼全灭则胜利）、关卡特有的初始化逻辑。
├── ALyraGameMode (Lyra 示例项目：现代模块化架构，支持通过 Experience 定义规则)
│   # 功能特性：
│   # Experience 系统：不再硬编码规则，而是根据"游戏体验"配置动态加载不同的规则集。
│   # 集成模块化插件：能够动态启用或禁用特定的游戏功能插件。
│   # 高度可扩展：适合支持多种不同玩法模式（如：团战、占点、夺旗）的同一个游戏。
│
├── ATemplateGameModeBase (各种项目模板生成的默认类)
│     ├── AThirdPersonGameMode (第三人称模板)
│     │   # 功能：自动关联 ThirdPersonCharacter 和控制逻辑。
│     ├── AFirstPersonGameMode (第一人称模板)
│     ├── AVRGameMode (VR模板)
│     └── ATopDownGameMode (顶视角模板)
│
└── AOnlineGameMode (某些旧版插件中针对网络对战优化的基类)

AActor -> AInfo -> AGameModeBase -> AGameMode

作用：

bash 复制代码 
Match State 管理：支持 WaitingToStart（等待）、InProgress（进行中）、LeavingMap（离开地图）等状态。
比赛流程控制：提供 BeginMatch()、EndMatch()、RestartGame() 等控制函数。
超时逻辑：处理玩家长时间不操作或比赛时限到的逻辑。
状态同步：与 AGameState 配合，将比赛进度广播给所有客户端。

AActor -> AInfo -> AGameStateBase

作用：

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时间同步：提供 GetServerWorldTimeSeconds()，确保所有客户端的时钟与服务器对齐。
玩家列表：维护 PlayerArray（存储所有 APlayerState），用于获取当前房间内的所有玩家。
基础同步：负责最基本的游戏数据同步（如：关卡是否加载完成）。
对应关系：通常与 AGameModeBase 配对使用。

函数：GetServerWorldTimeSeconds()（获取服务器时间）。

bash 复制代码 
AGameStateBase (基类：负责同步世界时间、基础游戏状态，存在于服务器和所有客户端)
│
├── AGameState (引擎核心子类：增加了"匹配状态"的同步，与 AGameMode 配合使用)
│     │  # 匹配状态同步：同步MatchState变量, 如:WaitingToStart, InProgress, WaitingPostMatch）。
│     │  # 流程广播：当比赛状态改变时，通知所有客户端更新 UI（如：显示"游戏开始"或"结算画面"）。
│     │  # 比赛时长：通常在此处处理比赛剩余时间的倒计时同步。
│     ├── AShooterGameState (UE官方示例：同步复杂的对战数据，如全队总击杀数)
│     │   #功能:专门针对射击游戏优化,同步团队得分,当前占领点进度,每局剩余时间等复杂竞技数据。
│     └── [YourProject]GameState (你的项目自定义：如 ABattleBlasterGameState)
│
├── ALyraGameState (Lyra 示例项目：现代架构，负责管理活跃的游戏插件和模块化状态)
│    # 功能： 支持"Game Experience"系统，能根据不同的插件动态改变同步的数据；|
│    # 集成高级能力系统（GAS）的全局状态。
├── ATemplateGameStateBase (各种项目模板生成的默认类)
│     ├── AThirdPersonGameState (第三人称模板)
│     ├── AFirstPersonGameState (第一人称模板)
│     └── ...其他模板
│
└── ANetworkTestGameState (内部用于网络压力测试或调试的变体)

AActor -> AInfo -> APlayerState

作用：同步玩家个人数据（即使 Pawn 死了/被销毁，这个还在）。

函数：GetPlayerName()、SetScore()。

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APlayerState (基类：负责同步玩家非物理状态数据，如分数、延迟、名称)
│
├── ALyraPlayerState (Lyra 示例项目：现代模块化架构的典范)
│       # 功能：支持团队分配、高级角色属性同步、经验值与等级系统、与 GAS 组件集成
│
├── AModularPlayerState (Modular Gameplay 插件子类)
│       # 功能：允许通过"游戏特性"插件动态地向玩家状态添加组件或行为
│
├── AShooterPlayerState (官方 ShooterGame 示例)
│       # 功能：专门处理射击游戏逻辑，如：击杀数 (Kills)、死亡数 (Deaths)、助攻数 (Assists)
│
└── [YourProject]PlayerState (开发者自定义子类，如 ABattleBlasterPlayerState)
        # 功能：存储坦克生命值、弹药量、当前关卡得分、持有的道具等

1.2. 🧩 组件系统 (Components)

功能的积木，必须挂载在 Actor 上。

UActorComponent (纯逻辑组件)

作用：没有物理位置的功能模块。

函数：

  • GetOwner()：获取拥有这个组件的 Actor。

  • Activate() / Deactivate()：开启/关闭组件 Tick。

UActorComponent -> USceneComponent

作用：有位置、旋转、缩放。

函数：

  • SetRelativeLocation()：设置相对父组件的位置。

  • AttachToComponent(...)：挂载到另一个组件上。

  • GetComponentLocation()：获取世界坐标。

UActorComponent -> USceneComponent -> UPrimitiveComponent (渲染与物理)

作用：有几何形状，能被看到或发生碰撞。

常用子类与函数：

  • UStaticMeshComponent：SetStaticMesh(...)（换模型）。

  • USkeletalMeshComponent：PlayAnimation(...)（播动画）、GetAnimInstance()。

  • 通用函数：SetSimulatePhysics(bool)（开启物理模拟）、AddImpulse(Vector)（施加力/冲量）、SetCollisionEnabled(...)（设置碰撞类型）。

UActorComponent -> UMovementComponent

作用：负责移动计算。

函数：SafeMoveUpdatedComponent(...)（移动并处理碰撞滑移）。

1.3. ⚙️ 核心框架 (Framework)

UWorld

作用：代表当前地图。

函数：

  • SpawnActor<T>(...)：在世界中生成一个 Actor。

  • LineTraceSingleByChannel(...)：发射射线检测。

  • GetTimeSeconds()：获取游戏运行时间。

UWorld -> UGameInstance

作用：游戏进程单例，切换关卡不销毁。

函数：

  • Init()：游戏启动时调用一次。

  • Shutdown()：游戏关闭时调用。

  • (通常用来存放跨关卡的变量，如 int TotalCoins)。

UWorld -> USaveGame

作用：存档数据容器。

用法：不直接调用函数，而是作为数据对象。配合 UGameplayStatics::SaveGameToSlot(...) 和 LoadGameFromSlot(...) 使用。

UWorld -> USubsystem

作用：自动管理的单例系统。

函数：Initialize()、Deinitialize()。

UWorld -> ULocalPlayer

1.4. 💃 动画系统 (Animation)

UAnimInstance

作用：动画蓝图的 C++ 父类，管理动画状态机。

函数：

  • NativeUpdateAnimation(DeltaTime)：相当于动画蓝图的 Update，用于每帧计算变量（如速度、方向）。

  • TryGetPawnOwner()：获取正在播放该动画的 Pawn。

  • Montage_Play(...)：播放蒙太奇动作（攻击、受击）。

UAnimSequence
UAnimMontage

1.5. 🖼️ UI 系统

UVisual -> UWidget -> UUserWidget

  • 作用：UMG 界面基类。

  • 函数：

    • AddToViewport()：把 UI 显示到屏幕上。

    • RemoveFromParent()：关闭 UI。

    • NativeConstruct()：UI 初始化时调用。

1.6. 📦 静态资产 (Assets)

这些类通常作为指针变量存在（例如 UTexture* MyIcon），用于读取数据。

UDataAsset：自定义数据表。通常没有复杂函数，主要是 UPROPERTY 变量供策划配置。

UTexture / UMaterialInterface：作为参数传递给 MeshComponent->SetMaterial()。

USoundBase：作为参数传递给 UGameplayStatics::PlaySoundAtLocation(...)。

1.7. 🪞 反射与元数据 (Reflection)

底层系统，日常开发主要用来做"类型查询"。

UClass：描述一个类的类型。

  • GetDefaultObject() (CDO)：获取该类的默认对象实例。

UFunction：描述一个函数。

  • 用于 ProcessEvent 手动调用蓝图函数（高级用法）。

2. UObject 体系的核心能力

核心能力 作用 应用场景
反射系统（Reflection） 运行时获取类 / 结构体 / 函数的元数据（如类名、属性、函数参数） 蓝图交互、序列化、网络复制、编辑器可视化
垃圾回收（GC） 自动管理 UObject 对象的内存，无需手动delete 避免内存泄漏，简化游戏对象的内存管理
序列化（Serialization） 将 UObject 对象的状态转换为字节流（或反向） 游戏存档、资源加载 / 保存、网络同步
元数据系统 通过UCLASS()/UPROPERTY()等宏注入元数据，控制对象行为 标记蓝图可见性、网络复制规则、存档规则
生命周期管理 统一的对象创建（NewObject/SpawnActor）、销毁（Destroy）流程 保证对象创建 / 销毁的一致性，避免野指针

3. 关键设计点

  • UClass：每个 UObject 子类都对应一个 UClass 对象（"类对象"），存储该类的元数据（如属性、函数、蓝图配置）；
  • GC 机制 ：采用 "标记 - 清除" 算法，通过UPROPERTY追踪对象引用，自动回收无引用的 UObject；
  • 非 UObject 对象 ：通过TSharedPtr/TWeakPtr管理（如 Slate UI 对象），不参与 GC，需手动控制生命周期。

五、游戏框架

游戏框架层是基于 UObject 体系和引擎层封装的游戏专属逻辑框架，提供了开箱即用的游戏对象和规则，是开发者日常开发接触最多的部分：

1. 核心游戏对象层级

在 Unreal Engine 中构建一个结构合理、逻辑清晰且易于扩展的游戏框架，关键在于严格遵守 UE 的设计哲学（Gameplay Framework）。UE 是一套"有主见"的引擎，它已经为你规定好了**"什么数据应该放在哪里"**。

如果你的代码结构混乱，通常是因为把本该属于 B 的逻辑写到了 A 里面（例如：把"游戏胜利判定"写在了"玩家角色"里，或者把"UI 刷新"写在了"游戏模式"里）。

以下是构建**"最合理游戏结构"的标准范式，我将其分为四层架构**来解析。

第一层：全局持久层 (Persistent Layer)

作用 ：贯穿整个游戏生命周期，切关卡不销毁。

|---------------------------------------------|------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 类 | 职责归属 | 最佳实践 |
| UGameInstance | 全局大管家 | 存放跨关卡数据（如：音量设置、玩家选的皮肤ID、存档的元数据）。<br>不要在这里写复杂的战斗逻辑。 |
| USubsystem<br>(GameInstanceSubsystem) | 模块化管理器 | 比如 UQuestManager (任务系统)、UInventoryManager (全局背包)。<br>尽量把逻辑从 GameInstance 拆分到 Subsystem 中，保持代码解耦。 |

  • 架构关系：GameInstance 包含并管理各个 Subsystem。它们是所有 Level 的"上级"。

第二层：战局规则层 (Match Rules Layer)

作用 ：定义当前关卡的玩法。切换关卡时会被销毁并重建。

|--------------------|----------------|----------------------------------------------------------------------|
| 类 | 职责归属 | 最佳实践 |
| AGameModeBase | 裁判 (仅服务器) | 判定游戏输赢、重生规则、生成玩家。<br>例如："杀够30人结束"、"倒计时归零结束"。<br>注意：客户端无法访问它。 |
| AGameStateBase | 记分员 (全网同步) | 存放全场公开的数据。<br>例如：当前剩余时间、红蓝队总比分、当前是第几波怪。<br>所有客户端都能读到它。 |

  • 架构关系：

    • GameMode 拥有最高权威，负责修改 GameState。

    • Actor 询问 GameState 获取比赛信息。

第三层：玩家逻辑层 (Player Layer) ------ 最核心的"铁三角"

作用：处理单个玩家的输入、表现和数据。这是新手最容易搞混的地方。

请务必把"玩家"拆分为以下三个部分，不要把所有逻辑都堆在 Character 里！

1. 意志 (Mind) ------ APlayerController

  • 职责：处理输入（按键）、管理 UI（创建 HUD）、控制摄像机管理器。

  • 生命周期 ：比 Pawn 长。玩家死后，Controller 还在（此时看着尸体或进入观战模式）。

  • 合理安排：

    • 按键绑定 (Input Mapping) 放在这里。

    • 打开/关闭背包界面的逻辑放在这里。

    • 不要在这里写"开枪扣血"的逻辑。

2. 身体 (Body) ------ APawn / ACharacter

  • 职责：在世界中的物理表现。移动、播放动画、受击判定。

  • 生命周期 ：脆弱。很容易被 Destroy（被打死）。

  • 合理安排：

    • 血量 (Health) 放在这里（因为身体换了，血量通常重置）。

    • 开枪特效、走路动作放在这里。

3. 档案 (Data) ------ APlayerState

  • 职责：玩家的个人数据（即使身体死了，数据也得留着）。

  • 生命周期 ：与关卡同在。玩家死了重生，PlayerState 不会重置。

  • 合理安排：

    • 个人击杀数 (K/D)。

    • 玩家昵称、Ping 值。

    • 当前的等级、经验值（如果在单局内有效）。

第四层：表现与物品层 (Presentation & Content)

|------------------------|----------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 类 | 职责归属 | 最佳实践 |
| AHUD / UUserWidget | 显示器 | 纯被动显示。<br>UI 应该监听数据的变化，而不要去存数据。<br>错误做法：在 UI 里存"int CurrentHealth"。<br>正确做法：UI 绑定 Character->Health。 |
| AActor (武器/物品) | 交互道具 | 武器应该是一个独立的 Actor，被 Attach 到 Character 上。<br>不要把枪械逻辑直接写在 Character 代码里。 |

🚀 终极架构图：理想的数据流向

为了让结构最合理，应该遵循**"单向依赖"或"事件驱动"**的原则。

✨ 一个具体的实战案例：射击游戏 (FPS)

假设你正在做一个"团队死斗"游戏，最合理的逻辑分配如下：

  1. 玩家按鼠标左键：

    • PlayerController 收到输入 -> 告诉 Character "开火"。

  2. 角色开火：

    • Character 播放开枪动画 -> 调用手中的 WeaponActor 发射射线。

  3. 击中判定：

    • WeaponActor 检测到击中了敌人 EnemyCharacter -> 调用 Enemy->ApplyDamage()。

  4. 敌人死亡：

    • EnemyCharacter 血量归零 -> 告诉服务器的 GameMode "我死了，凶手是 PlayerA"。

    • EnemyCharacter 播放死亡动画，变成布娃娃，3秒后 Destroy。

  5. 得分与重生：

    • GameMode 收到消息：

      1. 给 PlayerA 的 PlayerState 加 1 分（杀敌数）。

      2. 给 AGameState 的红队总分加 1 分。

      3. 执行重生成逻辑：在随机出生点生成一个新的 EnemyCharacter 并让敌人的 Controller 附身。

  6. UI 刷新：

    • PlayerA 的 HUD 监听到 PlayerState 分数变动 -> 更新屏幕右上角的 K/D 显示。

    • 所有人的 HUD 监听到 GameState 分数变动 -> 更新顶部比分条。

💡 总结：怎么判断"合不合理"？

当你写代码时，问自己三个问题：

  1. 如果角色死了（Destroy），这个数据还需要吗？

    • 需要 -> 放 PlayerState。

    • 不需要 -> 放 Character。

  2. 换了关卡，这个数据还需要吗？

    • 需要 -> 放 GameInstance。

    • 不需要 -> 放 GameState。

  3. 这个逻辑是针对全场所有人的，还是针对我自己的？

    • 全场 -> GameMode / GameState。

    • 自己 -> PlayerController / Character。

遵循这套 UE 官方推荐架构，你的项目在后期扩展（比如加多人联机、加新模式）时，会比"把代码全写在 Actor 里"轻松一百倍。

2. 核心游戏对象的职责

核心对象 核心职责 作用范围
UWorld 游戏世界的根对象，管理所有关卡、Actor、游戏规则，是游戏的 "容器" 全局（单例）
UGameInstance 游戏生命周期的全局对象，跨关卡保存数据（如玩家信息、配置），不随关卡销毁 全局（单例）
AGameModeBase 服务器专属，定义游戏规则（出生点、胜利条件、玩家加入 / 退出逻辑） 服务器
AGameStateBase 存储全局游戏状态（比分、剩余时间），同步给所有客户端 服务器 + 客户端
APlayerController 关联玩家和 Pawn，处理输入、相机控制、网络同步（客户端 <-> 服务器） 每个玩家一个
APawn/ACharacter 玩家 / AI 的可控制实体，包含物理、动画、碰撞等组件 场景对象
UActorComponent 组件化设计，封装单一功能（如网格、音频、碰撞），附属于 Actor Actor 的子对象

3. 核心设计理念：组件化（Component-Based）

UE 游戏框架采用组件化设计，而非传统的继承式设计：

  • Actor 作为 "容器"，本身仅管理变换（位置 / 旋转 / 缩放）和组件；
  • 具体功能（如渲染、物理、音频）由不同的 Component 实现；
  • 优势：功能解耦、复用性高（如多个 Actor 可复用同一个 "音频组件"）、灵活扩展（动态添加 / 移除组件）。

| 子类 | 作用 |
| USceneComponent | 带 Transform 的组件（所有空间组件的基类） |
| UStaticMeshComponent | 渲染静态网格模型 |
| USkeletalMeshComponent | 渲染骨骼动画模型 |
| UCapsuleComponent | 胶囊体碰撞组件（Character 的核心碰撞） |
| UInputComponent | 处理玩家输入 |
| UAudioComponent | 播放音频 |

UCameraComponent 相机视角组件

六、核心子系统（Engine Subsystems）

子系统 (Subsystem) 是 Unreal Engine (从 4.22 版本引入，4.24 成熟) 中最棒的架构特性之一。

简而言之，它们是引擎自动管理的、模块化的"单例"。

如果你曾经把所有的全局逻辑（背包、任务、网络、音频管理）都塞进 UGameInstance 或 APlayerController 里，导致那个类变成了几千行的"上帝类 (God Class)"，那么子系统就是用来拯救你的。

以下是关于 UE 子系统的核心知识点全解：

1. 核心概念：它是什么？

本质：继承自 UObject 的类。

特性：

  1. 自动创建：你不需要 NewObject，引擎会在特定的生命周期节点自动帮你创建实例。

  2. 自动销毁：引擎会在生命周期结束时自动销毁它们。

  3. 易于访问：在任何地方都能通过全局上下文轻松获取。

  4. 模块化：把代码拆分到不同的子系统里，互不干扰。

2. 五大子系统类型 (按生命周期划分)

这是面试和实战中最关键的部分，决定了你的逻辑写在哪里。

|----------------------------|----------------------------------------|------------------------------------|-----------------------------------------------------------|
| 子系统基类 | 生命周期 | 适用场景 | 获取方式 (C++) |
| UEngineSubsystem | 最长。游戏启动 ~ 游戏进程结束。 | 硬件接口、全局统计、跟具体存档无关的工具。 | GEngine->GetEngineSubsystem<T>() |
| UEditorSubsystem | 编辑器运行期间。 (仅编辑器模式有效) | 制作编辑器工具、自动化脚本、资源检查插件。 | GEditor->GetEditorSubsystem<T>() |
| UGameInstanceSubsystem | 中等 。游戏启动 ~ 关闭。<br>(跨地图存在) | 绝大多数全局逻辑：背包、任务、成就、网络连接管理、存档管理。 | GameInstance->GetSubsystem<T>() |
| UWorldSubsystem | 较短 。加载地图 ~ 卸载地图。<br>(切图即销毁) | 关卡内的逻辑：怪物生成器、天气控制器、当前关卡得分统计。 | World->GetSubsystem<T>() |
| ULocalPlayerSubsystem | 特殊。与本地玩家存在时间一致。<br>(分屏游戏尤其重要) | UI 管理器、输入映射管理 (Enhanced Input)。 | PlayerController->GetLocalPlayer()->GetSubsystem<T>() |

3. 实战代码示例

A. 如何定义一个子系统 (C++)

比如我们要写一个分数的管理系统。

cpp 复制代码 
// MyScoreSubsystem.h
#include "CoreMinimal.h"
#include "Subsystems/GameInstanceSubsystem.h"
#include "MyScoreSubsystem.generated.h"

UCLASS()
class MYGAME_API UMyScoreSubsystem : public UGameInstanceSubsystem
{
    GENERATED_BODY()

public:
    // --- 1. 生命周期函数 ---
    virtual void Initialize(FSubsystemCollectionBase& Collection) override;
    virtual void Deinitialize() override;

    // --- 2. 你的逻辑 ---
    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    void AddScore(int32 Delta);

    UFUNCTION(BlueprintPure)
    int32 GetCurrentScore() const { return Score; }

private:
    int32 Score = 0;
};
cpp 复制代码 
// MyScoreSubsystem.cpp
void UMyScoreSubsystem::Initialize(FSubsystemCollectionBase& Collection)
{
    Super::Initialize(Collection);
    Score = 0;
    UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("Score System Started!"));
}

void UMyScoreSubsystem::Deinitialize()
{
    // 保存数据或清理
    UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("Score System Shutdown!"));
    Super::Deinitialize();
}
B. 如何在蓝图中使用

子系统的一个巨大优势是蓝图极其友好。

  • 只要你的函数加了 UFUNCTION(BlueprintCallable)。

  • 在蓝图里右键，直接搜 "MyScoreSubsystem"，你会发现引擎自动生成了节点的上下文，你甚至不需要手动获取 "Get GameInstance"。

4. 高级技巧与知识点

技巧一：控制是否创建 (ShouldCreateSubsystem)

默认情况下，子系统会无条件创建。但如果你只想在服务器 上创建，或者只想在客户端创建，怎么办？

复写 ShouldCreateSubsystem 函数：

cpp 复制代码 
bool UMyScoreSubsystem::ShouldCreateSubsystem(UObject* Outer) const
{
    // 例子：只在客户端创建这个子系统（比如 UI 管理器）
    if (UWorld* World = Outer->GetWorld())
    {
        return World->GetNetMode() == NM_Client;
    }
    return true;
}
技巧二：让子系统支持 Tick (FTickableGameObject)

默认情况下，子系统是不 Tick 的（为了性能）。如果你需要它每帧更新逻辑：

  1. 继承 FTickableGameObject。

  2. 实现 Tick(), GetStatId(), IsTickable()。

cpp 复制代码 
class UMySystem : public UGameInstanceSubsystem, public FTickableGameObject
{
    // ...
    virtual void Tick(float DeltaTime) override;
    virtual TStatId GetStatId() const override { return TStatId(); }
};
技巧三：子系统之间的依赖

如果 Subsystem A 初始化时需要用到 Subsystem B 怎么办？

在 Initialize 函数中，使用 Collection 参数：

cpp 复制代码 
void UMySystemA::Initialize(FSubsystemCollectionBase& Collection)
{
    // 强制依赖：确保 SystemB 在 SystemA 之前初始化完成
    Collection.InitializeDependency(UMySystemB::StaticClass());
    
    // 现在可以安全访问 B 了
    UMySystemB* SysB = Collection.GetSubsystem<UMySystemB>(UMySystemB::StaticClass());
}

5. 为什么要用子系统？(对比传统做法)

|------------|---------------------------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|
| 场景 | 传统做法 (旧时代的眼泪) | 子系统做法 (现代架构) | 优势 |
| 全局任务系统 | 在 UMyGameInstance.h 里写 StartQuest() 等几百行代码。 | 创建 UQuestSubsystem。 | GameInstance 不再臃肿，任务逻辑独立封装。 |
| 关卡刷怪器 | 在 AGameMode 里写生成逻辑。 | 创建 UMonsterWorldSubsystem。 | 即使换了 GameMode，刷怪逻辑依然可以复用；且逻辑从裁判类中剥离。 |
| UI 管理 | 在 APlayerController 里存一堆 Widget 指针。 | 创建 UUIManager (LocalPlayerSubsystem)。 | 支持本地分屏，每个玩家有独立的 UI 管理器。 |

总结

Engine Subsystem 是 UE C++ 开发者的神兵利器。

  • 什么时候用？ 当你需要一个管理类 (Manager)，且希望它能自动管理生命周期时。

  • 选哪个？

    • 跨关卡数据 -> GameInstanceSubsystem (最常用)。

    • 单关卡逻辑 -> WorldSubsystem。

    • UI/输入 -> LocalPlayerSubsystem。

七、核心运行机制：Tick 与事件驱动

"能用事件驱动（Delegate/Event/Timer）解决的问题，绝对不要写在 Tick 里！" 这是 UE 开发优化的第一准则。

1. Tick 机制：不知疲倦的心跳 (主动轮询)

本质是什么？

Tick 是游戏循环（Game Loop）的直接体现。引擎的每一帧（Frame）都在进行一次巨大的 while 循环。在这一帧里，引擎会问场景里的每一个 Actor："你现在有什么要做的吗？"

如果有 1000 个 Actor 开启了 Tick，引擎这一帧就要把这 1000 个对象的 Tick() 函数全部跑一遍。

核心参数：DeltaTime (Δt)

因为电脑性能不同，有的电脑一秒跑 60 帧（Tick 60次），有的跑 30 帧（Tick 30次）。

为了保证游戏逻辑一致（比如子弹飞行速度），Tick 函数会携带一个 DeltaTime 参数，代表**"上一帧到这一帧过去了多少秒"**。

  • 公式： 位移 = 速度 × DeltaTime。

  • 这样无论帧率多少，物体在 1 秒内的移动距离都是一样的。

Tick Group (Tick 组/时序)

所有的 Tick 不是乱序执行的，UE 把它们分成了"组"。比如：

  • TG_PrePhysics：在物理模拟计算前执行（重置力、计算意图）。

  • TG_DuringPhysics：与物理模拟并行（通常用于物理无关的逻辑）。

  • TG_PostUpdateWork：在所有东西都算完后执行（通常用于修正摄像机位置，防止画面抖动）。

代价

Tick 是性能杀手。哪怕你的 Tick 函数里是空的，引擎调用它也有开销（虚函数开销 + 内存寻址）。

  • 原则：默认情况下，应该把 Actor 的 PrimaryActorTick.bCanEverTick 设置为 false。

2. 事件驱动：静待花开的反射 (被动响应)

本质是什么？

这是"好莱坞原则"：Don't call us, we'll call you.（不要打给我们，有事我们会打给你）。

对象平时处于休眠/空闲状态，完全不占用 CPU 资源。只有当特定的"条件"满足时，才会瞬间被唤醒执行代码。

核心工具：Delegate (委托)

UE 的事件驱动建立在 Delegate 机制之上。它像一个**"订阅列表"**。

  • 场景：Boss 死了。

  • Tick 的做法：UI 每帧检测 if (Boss.IsDead()) UpdateUI();（极其浪费）。

  • 事件的做法：

    1. Boss 类里有一个 OnDeath 委托（广播站）。

    2. UI 在初始化时说："我要订阅 OnDeath"。

    3. Boss 死了，发出广播。UI 收到信号，执行刷新。

常见的事件类型

  • 物理事件：OnComponentHit（撞击）、OnBeginOverlap（进入区域）。

  • 输入事件：SetupPlayerInputComponent 绑定的按键按下。

  • 生命周期：BeginPlay（出生）、EndPlay（销毁）。

  • 定时器 (Timer)：这是 Tick 的替代方案。比如每隔 1 秒执行一次，而不是每帧（每 0.016 秒）执行一次。

3. 总结与最佳实践 (这也是面试必考题)

如何选择代码的执行方式。

|--------------|-------------|---------------------------|----------------------------------------------------------|
| 场景 | 应该用 Tick 吗？ | 为什么？ | 正确做法 |
| 每秒回血 | ❌ 不要用 | 用 Tick 太浪费性能，且需要复杂的计时器逻辑。 | 使用 Timer (定时器)，每1秒触发一次事件。 |
| UI 刷新血条 | ❌ 不要用 | 不要每帧去检测血量变了没。 | 绑定 OnHealthChanged 委托，只有掉血时才刷新 UI。 |
| 导弹追踪目标 | ✅ 必须用 | 每一帧位置都在变，必须实时计算。 | 在 Tick 里更新 Location。 |
| 检测是否踩到陷阱 | ❌ 不要用 | 不要每帧去算距离。 | 使用 Collision Component 的 OnComponentBeginOverlap 事件。 |

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