SDL入門教程(十三).doc

SDL入門教程（十三）：1、多線程，從動(dòng)畫說起 作者：龍飛1.1：簡(jiǎn)單動(dòng)畫游戲離不開動(dòng)畫。我們考慮最簡(jiǎn)單的情況：將一個(gè)角色從一個(gè)位置移動(dòng)到另外一個(gè)位置。這個(gè)行為表述給電腦就是，將一個(gè)surface不斷的blit()，從起始位置的坐標(biāo)，移動(dòng)到結(jié)束位置的坐標(biāo)。移動(dòng)速度取決于每次blit()的坐標(biāo)差和blit()的時(shí)間間隔（v = ds/dt ）。我們來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)畫。我們需要的數(shù)據(jù)有：起始坐標(biāo)（int beginX, int beginY），結(jié)束坐標(biāo)（int endX, int endY），以及作為SDL基礎(chǔ)的ScreenSurface窗口（const ScreenSurface& screen）。一般的考慮是，將這5個(gè)數(shù)據(jù)以參數(shù)的方式傳入函數(shù)；但是一種更加通用一點(diǎn)的方式是，將這5種數(shù)據(jù)合并成一個(gè)結(jié)構(gòu)，這樣函數(shù)的參數(shù)形式會(huì)更加的統(tǒng)一，這正是觸發(fā)多線程的函數(shù)所需要的。在SDL中，我們通過函數(shù)：SDL_Thread *SDL_CreateThread(int (*fn)(void *), void *data);觸發(fā)多線程，其中所需要的函數(shù)指針形式為：typedef int (*fn)(void*);而void*類型的data就是函數(shù)(*fn)()需要的的數(shù)據(jù)。我們可以將任意的結(jié)構(gòu)體指針，轉(zhuǎn)化為void*，作為這個(gè)函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)需要。因此，我們可以為我們需要的動(dòng)畫函數(shù)定義一個(gè)結(jié)構(gòu)作為傳遞所有數(shù)據(jù)的載體：struct AmnArgint beginX;int beginY;int endX;int endY;const ScreenSurface& screen;AmnArg(int begin_x, int begin_y, int end_x, int end_y, const ScreenSurface& _screen): beginX(begin_x), beginY(begin_y), endX(end_x), endY(end_y), screen(_screen);這樣，我們可以將AmnArg對(duì)象的指針傳遞給動(dòng)畫函數(shù)考慮到多線程函數(shù)的需要，我們?cè)偾垡稽c(diǎn)：先將AmnArg*轉(zhuǎn)換成void*傳遞給函數(shù)，在函數(shù)內(nèi)部再將其轉(zhuǎn)換回來(lái)以供調(diào)用。int amn(void* data)AmnArg* pData = (AmnArg*)data;PictureSurface stand(./images/am01.png, pData-screen);stand.colorKey();PictureSurface bg(./images/background.png, pData-screen);const int SPEED_CTRL = 300;int speedX = (pData-endX - pData-beginX) / SPEED_CTRL;int speedY = (pData-endY - pData-beginY) / SPEED_CTRL;for ( int i = 0; i beginX += speedX;pData-beginY += speedY;bg.blit(pData-beginX, pData-beginY, pData-beginX, pData-beginY, stand.point()-w, stand.point()-h, 2, 2);stand.blit(pData-beginX, pData-beginY);pData-screen.flip();return 0;注意：我們這里僅僅設(shè)定了每次blit()的位移差（ds）而沒有設(shè)定時(shí)間差（dt）。這并不意味著dt = 0，事實(shí)上，電腦處理數(shù)據(jù)是需要時(shí)間的，包括運(yùn)算和顯示。我們這里事實(shí)上將dt的設(shè)定交給了電腦，也就是說，讓電腦以其最快的速度來(lái)完成。為什么要這么做呢？這是為了演示多線程的一個(gè)現(xiàn)象，賣個(gè)關(guān)子，后面解釋。:)1.2：動(dòng)畫函數(shù)在主程序中的調(diào)用#include SurfaceClass.hpp#include amn.hppint main(int argc ,char* argv)/Create a SDL screen.const int SCREEN_WIDTH = 640;const int SCREEN_HEIGHT = 480;const Uint32 SCREEN_FLAGS = 0; /SDL_FULLSCREEN | SDL_DOUBLEBUF | SDL_HWSURFACEconst std:string WINDOW_NAME = Amn Test;ScreenSurface screen(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, WINDOW_NAME, 0, SCREEN_FLAGS);PictureSurface bg(./images/background.png, screen);bg.blit(0);screen.flip();AmnArg test1(0, 250, 600, 250, screen);amn(void*)&test1);SDL_Event gameEvent;bool gameOver = false;while ( gameOver = false )while ( SDL_PollEvent(&gameEvent) != 0 )if ( gameEvent.type = SDL_QUIT )gameOver = true;if ( gameEvent.type = SDL_KEYDOWN )if ( gameEvent.key.keysym.sym = SDLK_ESCAPE )gameOver = true;screen.flip();return 0;當(dāng)這個(gè)程序運(yùn)行的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一些很明顯的問題：1、圖片移動(dòng)的時(shí)候，界面不接受任何信息。這是因?yàn)楸仨毎補(bǔ)mn()執(zhí)行完畢才會(huì)運(yùn)行到有事件響應(yīng)的事件輪詢循環(huán)。2、如果我們需要另外一張圖片移動(dòng)起來(lái)，我們唯一能做的事情，是修改amn()函數(shù)，而不是把a(bǔ)mn()以不同的參數(shù)調(diào)用兩次如果以不同的參數(shù)調(diào)用兩次，那么移動(dòng)總是有先后的是不可能完成“同時(shí)”移動(dòng)的。1.3：創(chuàng)建線程如果要將這個(gè)程序從主線程（主進(jìn)程）調(diào)用函數(shù)修改為通過新創(chuàng)建的線程調(diào)用函數(shù)，只需要做很小的修改，即將amn(void*)&test1);修改為：SDL_Thread* thread1 = SDL_CreateThread(amn, (void*)&test1);然后在return 0;之前加入清理線程的語(yǔ)句：SDL_KillThread(thread1);這樣，程序在執(zhí)行動(dòng)畫的同時(shí)，事件輪詢就已經(jīng)開始，我們可以隨時(shí)結(jié)束程序，SDL界面也不會(huì)出現(xiàn)不響應(yīng)的情況。SDL入門教程（十三）：2、初識(shí)多線程 作者：龍飛2.1：競(jìng)爭(zhēng)條件（Race Conditions）我們?cè)谇懊鎸⒁粋€(gè)普通函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)換成了用線程調(diào)用，這意味著我們可以“同時(shí)”調(diào)用兩個(gè)以上的線程。例如，我們希望在屏幕的另外一個(gè)位置也播放這段簡(jiǎn)單的動(dòng)畫，我們只需要添加一個(gè)線程的調(diào)用就可以了。int main(int argc ,char* argv)/Create a SDL screen.const int SCREEN_WIDTH = 640;const int SCREEN_HEIGHT = 480;const Uint32 SCREEN_FLAGS = 0; /SDL_FULLSCREEN | SDL_DOUBLEBUF | SDL_HWSURFACEconst std:string WINDOW_NAME = Amn Test;ScreenSurface screen(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, WINDOW_NAME, 0, SCREEN_FLAGS);PictureSurface bg(./images/background.png, screen);bg.blit(0);screen.flip();AmnArg test1(0, 250, 600, 250, screen);SDL_Thread* thread1 = SDL_CreateThread(amn, (void*)&test1);AmnArg test2(0, 0, 600, 0, screen);SDL_Thread* thread2 = SDL_CreateThread(amn, (void*)&test2);SDL_Event gameEvent;bool gameOver = false;while ( gameOver = false )while ( SDL_PollEvent(&gameEvent) != 0 )if ( gameEvent.type = SDL_QUIT )gameOver = true;if ( gameEvent.type = SDL_KEYDOWN )if ( gameEvent.key.keysym.sym = SDLK_ESCAPE )gameOver = true;screen.flip();SDL_KillThread(thread1);SDL_KillThread(thread2);return 0;這段程序看起來(lái)似乎沒有什么問題，但是運(yùn)行的時(shí)候，不可預(yù)知的情況出現(xiàn)了：理論上我們幾乎同時(shí)調(diào)用了兩個(gè)線程，動(dòng)畫似乎應(yīng)該是同步播放的，但是實(shí)際上，兩段動(dòng)畫的播放并不同步，并且每次執(zhí)行的效果都不一樣有時(shí)候上面的圖片移動(dòng)快，有時(shí)候下面的圖片移動(dòng)快，并且速度不均勻。這就是典型的race conditions的表現(xiàn)。還記得我說過沒有定義dt嗎，我們讓電腦以其所能達(dá)到的最快速度決定dt，換句話說，我們每一個(gè)線程都試圖“咬死”CPU的運(yùn)算，當(dāng)然，在實(shí)際中多任務(wù)的OS會(huì)幫助CPU分配任務(wù)，但是如何分配卻是不確定的，因?yàn)镺S并不知道哪些任務(wù)需要優(yōu)先執(zhí)行，所以，兩個(gè)線程實(shí)際上在競(jìng)爭(zhēng)電腦的性能資源，產(chǎn)生的結(jié)果就是不確定的。2.2：松開“死咬”的CPUvoid SDL_Delay(Uint32 ms);解決race conditions的方法就是給CPU足夠的時(shí)間“休息”，而這正好也是我們自己定義dt所需要的。SDL_Delay()在這個(gè)時(shí)候就顯得意義重大了。當(dāng)今電腦的運(yùn)算速度非常非?？欤灾劣谀呐挛覀儍H僅給電腦0.01秒的時(shí)間“休息”（每次循環(huán)中），電腦都會(huì)顯得很輕松了。int amn(void* data)AmnArg* pData = (AmnArg*)data;PictureSurface stand(./images/am01.png, pData-screen);stand.colorKey();PictureSurface bg(./images/background.png, pData-screen);const int SPEED_CTRL = 300;int speedX = (pData-endX - pData-beginX) / SPEED_CTRL;int speedY = (pData-endY - pData-beginY) / SPEED_CTRL;for ( int i = 0; i beginX += speedX;pData-beginY += speedY;bg.blit(pData-beginX, pData-beginY, pData-beginX, pData-beginY, stand.point()-w, stand.point()-h, 2, 2);stand.blit(pData-beginX, pData-beginY);pData-screen.flip();SDL_Delay(10);return 0;說到這里，我們不得不提及之前一直所忽略的一個(gè)問題：我們之前凡是涉及循環(huán)等待事件輪詢的程序總是占用100%的CPU，這并不是因?yàn)槲覀冋嬲玫搅?00%的CPU性能，而是我們讓CPU陷入了“空等”（Busy Waiting）的尷尬境地。輪詢事件得到響應(yīng)相對(duì)于循環(huán)等待來(lái)說，是發(fā)生得非常緩慢的事情，我們?cè)谘h(huán)中，哪怕是讓電腦休息0.01秒，事情都會(huì)發(fā)生本質(zhì)性的改變：while ( gameOver = false )while ( SDL_PollEvent(&gameEvent) != 0 )if ( gameEvent.type = SDL_QUIT )gameOver = true;if ( gameEvent.type = SDL_KEYDOWN )if ( gameEvent.key.keysym.sym = SDLK_ESCAPE )gameOver = true;screen.flip();SDL_Delay(10);當(dāng)我們重新運(yùn)行新程序的時(shí)候，我們可以看到程序?qū)PU的占用從100%驟降到了0%！這當(dāng)然并不意味著程序就用不上CPU了，而是說，這些運(yùn)算對(duì)于我們的CPU來(lái)說，實(shí)在是小菜一碟了，或者從數(shù)據(jù)上說，處理這些運(yùn)算的時(shí)間與0.01秒來(lái)比較，都幾乎可以忽略不計(jì)！2.3：GUI線程與worker線程我們的另外一項(xiàng)試驗(yàn)是將事件輪詢放到動(dòng)畫線程中，程序就不多寫了，大家可以自己試下。我直接說結(jié)論：動(dòng)畫線程中無(wú)法響應(yīng)事件輪詢。一般提倡的模式，是將GUI事件都寫在主線程中，而將純粹的運(yùn)算才寫到由主線程創(chuàng)建的線程中，后者也就是所謂的worker線程。從另外一個(gè)概念看，只有主線程控制著“當(dāng)前窗口”，其它線程也許在后臺(tái)，也許雖然也是在前臺(tái)但是并非是我們可見的，所以，輪詢事件找不到接口。對(duì)于拋出的線程與主線程之間的通訊，我們可以通過他們共享的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行控制，所以，盡管事件輪詢不能直接影響worker線程，但是我們?nèi)匀皇强梢酝ㄟ^主線程進(jìn)行間接影響的。SDL入門教程（十三）：3、封裝多線程 作者：龍飛SDL創(chuàng)建多線程的函數(shù)SDL_CreateThread()所調(diào)用的是函數(shù)指針，這意味著我們不可以傳入（非靜態(tài)）成員函數(shù)的指針。關(guān)于兩種函數(shù)指針我們之前已經(jīng)討論過：函數(shù)指針與成員函數(shù)指針，我們可以有兩種方法能讓具有普通函數(shù)指針（函數(shù)指針以及靜態(tài)成員函數(shù)指針）的函數(shù)調(diào)用類的私有成員，一是友元函數(shù)，另外就是靜態(tài)成員函數(shù)。而能夠受到類私有保護(hù)的，只有靜態(tài)成員函數(shù)。所以，我們可以通過靜態(tài)成員函數(shù)調(diào)用一個(gè)對(duì)象數(shù)據(jù)的形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于創(chuàng)建多線程函數(shù)的封裝。另外，我們希望測(cè)試在主線程中讀寫線程數(shù)據(jù)的效果，所以添加了兩個(gè)方法show() 和reset()，多線程演示的類源代碼如下：#include #include SurfaceClass.hppclass AmnArgprivate:int beginX;int beginY;int endX;int endY;const ScreenSurface& screen;/static int amn(void* pThat);public:AmnArg(int begin_x, int begin_y, int end_x, int end_y, const ScreenSurface& _screen);SDL_Thread* createThrd();void show() const;void reset();其中SurfaceClass.hpp請(qǐng)參考：/lf426/archive/2008/04/14/47038.html實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：#include amn.hppAmnArg:AmnArg(int begin_x, int begin_y, int end_x, int end_y, const ScreenSurface& _screen):beginX(begin_x), beginY(begin_y), endX(end_x), endY(end_y), screen(_screen)SDL_Thread* AmnArg:createThrd()return SDL_CreateThread(amn, (void*)this);void AmnArg:show() conststd:cout Now x at: beginX screen);stand.colorKey();PictureSurface bg(./images/background.png, pData-screen);const int SPEED_CTRL = 300;int speedX = (pData-endX - pData-beginX) / SPEED_CTRL;int speedY = (pData-endY - pData-beginY) / SPEED_CTRL;for ( int i = 0; i beginX += speedX;pData-beginY += speedY;bg.blit(pData-beginX, pData-beginY, pData-beginX, pData-beginY, stand.point()-w, stand.point()-h, 2, 2);stand.blit(pData-beginX, pData-beginY);pData-screen.flip();SDL_Delay(10);return 0;最后，我們修改了主演示程序，并測(cè)試了show()和reset()的效果。我們可以看到，直接修改線程數(shù)據(jù)的reset()的結(jié)果也是不可預(yù)知的，所以，我們似乎更應(yīng)該通過改變線程“流”的效果，而不是直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。這個(gè)我們以后再討論了。#include SurfaceClass.hpp#include amn.hppint game(int argc ,char* argv);int main(int argc ,char* argv)int mainRtn = 0;try mainRtn = game(argc, argv);catch ( const ErrorInfo& info ) info.show();return -1;catch ( const char* s ) std:cerr s std:endl;return -1;return mainRtn;int game(int argc ,char* argv)/Create a SDL screen.const int SCREEN_WIDTH = 640;const int SCREE