SDL源码阅读笔记（1） 基本模块
write by 九天雁翎(JTianLing) -- blog.csdn.net/vagrxie
前言
对于大牛来说，写关于阅读源码的文章都会叫源码剖析或者深入浅出啥的，对于我，自己阅读阅读源码，写一些自己的阅读笔记吧。
SDL我就不多介绍了，很多使用过的人都说很好，我自己实际使用的感觉 SDL也是非常成熟易用，绝对对得起其 simple两字。
基本模块
通过SDL.h中看到SDL作者对SDL进行的划分，可以看出SDL大概包含的内容：
#include "SDL_main.h"
#include "SDL_stdinc.h"
#include "SDL_audio.h" // 声音
#include "SDL_cdrom.h"
#include "SDL_cpuinfo.h"
#include "SDL_endian.h"
#include "SDL_error.h"
#include "SDL_events.h"
#include "SDL_loadso.h" // Unix/Linux 动态库
#include "SDL_mutex.h" // 多线程互斥量
#include "SDL_rwops.h"
#include "SDL_thread.h" // 多线程
#include "SDL_timer.h" // 计时器
#include "SDL_video.h" // video 模块
#include "SDL_version.h"
有声音模块，cdrom模块，有事件模块，多线程模块，计时器模块，video模块等6大模块。
SDL_InitSubSystem的参数，可以看出SDL的作者将SDL划分为下列可选子系统：
#define SDL_INIT_TIMER 0x00000001
#define SDL_INIT_AUDIO 0x00000010
#define SDL_INIT_VIDEO 0x00000020
#define SDL_INIT_CDROM 0x00000100
#define SDL_INIT_JOYSTICK 0x00000200
#define SDL_INIT_NOPARACHUTE 0x00100000 /**< Don't catch fatal signals */
#define SDL_INIT_EVENTTHREAD 0x01000000 /**< Not supported on all OS's */
#define SDL_INIT_EVERYTHING 0x0000FFFF
这里的可选模块与包含的头文件并不是太一致。
除了声音我的确不是很了解以外，其他模块会在这里逐一来看看，因为个人爱好，将以video模块为主，当然，事实上这也应该是SDL中最重要的模块，虽然video模块的字面意义上是显示模块，但是实际上SDL主要的平台相关函数几乎都集中在了video模块中了。其中，对源码的最主要分析在于SDL是怎么使用C语言对各类接口进行抽象并实现跨平台的，并不会逐句逐句的理解，那样非常没有必要。当然，我不能理解所有SDL支持的平台，这里仅以我熟悉的3大平台为例，Win32,Unix/Linux,Macos，事实上这也是目前最为流行的平台，应该也算是最具代表性了。
计时器 (timer)
计时器和时间相关的东西是几乎每个有意义的游戏都会用到的，将其接口抽象出来并实现跨平台几乎是每个跨平台库的必要工作，相对来说还比较简单，这里以此作为第一篇，也算是热热身。
以下是SDL的timer.h头文件中有的计时器API：
extern DECLSPEC Uint32 SDLCALL SDL_GetTicks (void );
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_Delay (Uint32 ms );
typedef Uint32 (SDLCALL *SDL_TimerCallback )(Uint32 interval );
extern DECLSPEC int SDLCALL SDL_SetTimer (Uint32 interval , SDL_TimerCallback callback );
typedef Uint32 (SDLCALL *SDL_NewTimerCallback )(Uint32 interval , void *param );
typedef struct _SDL_TimerID *SDL_TimerID ;
extern DECLSPEC SDL_TimerID SDLCALL SDL_AddTimer (Uint32 interval , SDL_NewTimerCallback callback , void*param );
extern DECLSPEC SDL_bool SDLCALL SDL_RemoveTimer (SDL_TimerID t );
个人感觉是没有什么值得学习的，叫100个人来设计计时器接口，基本99个与这个类似。无论是用过Unix/Linux还是用过Windows 计时器的人都可以对SDL的计时器API与相应平台的计时器接口对号入座。接口是简单，但是实现并不算简单，各个平台之间的计时器和时间函数还是有些差异。当然，作为C语言的跨平台库，首先要习惯的就是满篇满篇的宏了，这是C语言库跨平台的必要装备。
SDL_GetTicks ：
Win32主要由QueryPerformanceCounter或者timeGetTime实现。
Unix主要由clock_gettime或者更常见的gettimeofday实现。
MacOS下首先实现了一套FastTimer的函数，然后再调用这些函数实现，虽然我没有完全明白作者为什么不直接使用MacOS freeBSD相关的系统调用来实现，但是看了源代码感觉主要的问题在于现在MacOS都是64位的，所以作者需要进行一些处理。另外，还有PowerPC的MacOS部分，作者甚至使用了汇编来完成。
总的来说，很明显支持MacOS是最不容易的。。。。。假如作者原意在MacOS部分使用Objective C的代码的话，可能会好很多，但是估计作者是想尽量保持SDL简单的C库特征。
另外，此函数返回的并不是一般的从开机开始的计时，而是SDL自己计算的从SDL_StartTicks开始的计时。此函数在SDL的计时模块初始化的时候调用。
SDL_Delay：
Win32下是最清晰简单的函数，sleep而已。
Unix下有nano sleep的话调用nanosleep自然是最简单的，没有的话调用select来进行等待。当年看《Unix网络编程》的时候，作者用select实现了一个定时器，想不到还真有这样用的。
Macos下完全自己计时进行循环。。。。。。。这个应该是效率最低的了，不明白为啥这样做。
SDL_SetTimer， SDL_AddTimer， SDL_RemoveTimer：
我原以为每个平台都会有的函数
Win32完全靠计时线程加一个SDL自己的timerID列表来完成，不明白为什么不用Win32自己的Timer来完成。
Unix下用setitimer开始，也用setitimer结束。
MacOS下用InsXTime，PrimeTime开始，然后用RmvTime停止。
多线程模块
extern DECLSPEC SDL_Thread * SDLCALL SDL_CreateThread (int (SDLCALL *fn )(void *), void *data );
#endif
extern DECLSPEC Uint32 SDLCALL SDL_ThreadID (void );
extern DECLSPEC Uint32 SDLCALL SDL_GetThreadID (SDL_Thread *thread );
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_WaitThread (SDL_Thread *thread , int *status );
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_KillThread (SDL_Thread *thread );
多线程模块应该是最一致的模块了，Win32下分别上述接口在的一一对应的接口。
Unix,MacOS下使用pthread，接口也几乎一一对应，只是命名上有些差异，没有什么好说的。
这应该是最最简单的模块了。
事件模块
在事件模块中，SDL统一了所有的输入，将所有的输入最大的与上层逻辑解耦。
/** Event enumerations */
typedef enum {
SDL_NOEVENT = 0, /**< Unused (do not remove) */
SDL_ACTIVEEVENT , /**< Application loses/gains visibility */
SDL_KEYDOWN , /**< Keys pressed */
SDL_KEYUP , /**< Keys released */
SDL_MOUSEMOTION , /**< Mouse moved */
SDL_MOUSEBUTTONDOWN , /**< Mouse button pressed */
SDL_MOUSEBUTTONUP , /**< Mouse button released */
SDL_JOYAXISMOTION , /**< Joystick axis motion */
SDL_JOYBALLMOTION , /**< Joystick trackball motion */
SDL_JOYHATMOTION , /**< Joystick hat position change */
SDL_JOYBUTTONDOWN , /**< Joystick button pressed */
SDL_JOYBUTTONUP , /**< Joystick button released */
SDL_QUIT , /**< User-requested quit */
SDL_SYSWMEVENT , /**< System specific event */
SDL_EVENT_RESERVEDA , /**< Reserved for future use.. */
SDL_EVENT_RESERVEDB , /**< Reserved for future use.. */
SDL_VIDEORESIZE , /**< User resized video mode */
SDL_VIDEOEXPOSE , /**< Screen needs to be redrawn */
SDL_EVENT_RESERVED2 , /**< Reserved for future use.. */
SDL_EVENT_RESERVED3 , /**< Reserved for future use.. */
SDL_EVENT_RESERVED4 , /**< Reserved for future use.. */
SDL_EVENT_RESERVED5 , /**< Reserved for future use.. */
SDL_EVENT_RESERVED6 , /**< Reserved for future use.. */
SDL_EVENT_RESERVED7 , /**< Reserved for future use.. */
/** Events SDL_USEREVENT through SDL_MAXEVENTS-1 are for your use */
SDL_USEREVENT = 24,
/** This last event is only for bounding internal arrays
* It is the number of bits in the event mask datatype -- Uint32
*/
SDL_NUMEVENTS = 32
} SDL_EventType ;
通过这个枚举，可以看到，除了输入，还包括一些系统事件，比如SDL_VIDEORESIZE和SDL_QUIT。
虽然说大部分以C语言实现的事件系统都实现不了类型安全以及订阅-发布的模式，所以都避免不了需要通过事件类型来决定事件的输入，并且进行强转的操作，然后形成一个很长的switch case，
但是SDL中的事件系统还算实现的不错了。
事件的参数是一个这样的联合结构：
/** General event structure */
typedef union SDL_Event {
Uint8 type ;
SDL_ActiveEvent active ;
SDL_KeyboardEvent key ;
SDL_MouseMotionEvent motion ;
SDL_MouseButtonEvent button ;
SDL_JoyAxisEvent jaxis ;
SDL_JoyBallEvent jball ;
SDL_JoyHatEvent jhat ;
SDL_JoyButtonEvent jbutton ;
SDL_ResizeEvent resize ;
SDL_ExposeEvent expose ;
SDL_QuitEvent quit ;
SDL_UserEvent user ;
SDL_SysWMEvent syswm ;
} SDL_Event ;
所以可以不进行强转，在相应的事件中，直接通过指定对应的成员变量来获取信息。虽然并不是完全类型安全，但是起码减少了强转的步骤。
事件模块有的API如下：
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_PumpEvents (void );
typedef enum {
SDL_ADDEVENT ,
SDL_PEEKEVENT ,
SDL_GETEVENT
} SDL_eventaction ;
extern DECLSPEC int SDLCALL SDL_PeepEvents (SDL_Event *events , int numevents ,
SDL_eventaction action , Uint32 mask );
extern DECLSPEC int SDLCALL SDL_PollEvent (SDL_Event *event );
extern DECLSPEC int SDLCALL SDL_WaitEvent (SDL_Event *event );
extern DECLSPEC int SDLCALL SDL_PushEvent (SDL_Event *event );
typedef int (SDLCALL *SDL_EventFilter )(const SDL_Event *event );
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_SetEventFilter (SDL_EventFilter filter );
extern DECLSPEC SDL_EventFilter SDLCALL SDL_GetEventFilter (void );
#define SDL_QUERY -1
#define SDL_IGNORE 0
#define SDL_DISABLE 0
#define SDL_ENABLE 1
extern DECLSPEC Uint8 SDLCALL SDL_EventState (Uint8 type , int state );
其中各个接口的含义还算比较好理解，与Win32的API中消息相关的接口类似，只是命名有差异而已。另外，事件模块本身的实现是与各个操作系统并不太相关的，属于依靠ANSI C跨平台的代码。
我用的最多的是SDL_PollEvent接口，比如在主循环中：
while (running ) {
//While there's an event to handle
SDL_Event event ;
while ( SDL_PollEvent ( &event ) ) {
if (event .type == SDL_QUIT ) {
running = false ;
}
}
}
这样来轮询事件。
这个最常用的API是由其他API实现的：
int SDL_PollEvent (SDL_Event *event )
{
SDL_PumpEvents ();
/* We can't return -1, just return 0 (no event) on error */
if ( SDL_PeepEvents (event , 1, SDL_GETEVENT , SDL_ALLEVENTS ) <= 0 )
return 0;
return 1;
}
所以这里再看看SDL_PumpEvents()和SDL_PeepEvents：
SDL_PumpEvents主要就是调用显示模块的PumpEvent函数以获取上面那些与显示相关的事件，然后就是检测按键和摇杆了，其实很简单。
SDL_PeepEvents是事件模块中较为关键的函数，通过SDL_eventaction参数类型区别并完成
typedef enum {
SDL_ADDEVENT ,
SDL_PEEKEVENT ,
SDL_GETEVENT
} SDL_eventaction ;
这三类操作。添加事件，查看事件和获取事件。
看完API，来看看事件模块的内部：在内部，通过上述函数，其实都是操作同一个全局的事件列表：
static struct {
SDL_mutex *lock ;
int active ;
int head ;
int tail ;
SDL_Event event [MAXEVENTS ];
int wmmsg_next ;
struct SDL_SysWMmsg wmmsg [MAXEVENTS ];
} SDL_EventQ ;
并且，SDL通过自己的事件线程来维护事件系统的运作，在SDL_StartEventThread函数中启动了一个函数为SDL_GobbleEvents的事件线程。
此函数中是一个死循环（只要事件模块还是激活状态）以下是有删节的主要内容：
while ( SDL_EventQ .active ) {
SDL_VideoDevice *video = current_video ;
SDL_VideoDevice *this = current_video ;
/* Get events from the video subsystem */
if ( video ) {
video ->PumpEvents (this );
}
/* Queue pending key-repeat events */
SDL_CheckKeyRepeat ();
#if !SDL_JOYSTICK_DISABLED
/* Check for joystick state change */
if ( SDL_numjoysticks && (SDL_eventstate & SDL_JOYEVENTMASK ) ) {
SDL_JoystickUpdate ();
}
#endif
if ( SDL_timer_running ) {
SDL_ThreadedTimerCheck ();
}
SDL_Delay (1);
}
可以看到主要是调用显示模块的PumpEvents来获取显示系统相关的事件，其次就是重复按键的事件检测和摇杆了。另外，可以看到前面那个全局事件列表是带互斥量的，事实上，整个SDL的事件系统的实现都是线程安全的。
SDL_SetEventFilter等事件过滤的函数，实现非常简单，就是根据设置的回调函数的结果来决定事件是否添加到事件列表，就不多说了。
事实上，虽然各类输入最后都统一归结到SDL的事件模块中，然后提供给用户或者SDL本身进行处理，但是在SDL中将这些输入检测本身都放在了video模块中。所以这里暂时不讲它们的实现了。
小结：
以一般看源码一边记录下来的方式完成本文，基本上将SDL除Video以外的一些周边模块都看了一遍，除了事件模块，这些模块的编写都没有太多值得深入了解的东西，无非就是抽象出一个大概的API，然后在不同的平台上实现，相当于SDL将很多平台相关的dirty的工作都做了，剩下clean的跨平台接口供用户使用。事件模块本身就不是平台相关的，SDL的实现相对来说使用还是比较方便的。利用联合来减少强转虽然不是第一次见，但是还是比更常见的void*表示event data+强转更加方便。看得出SDL的用心设计。
因为这些周边模块主要抽象一些接口，然后实现，没有太多亮点，所以看的时候有的时候都不知道该写什么，所以按照自己看源码的流程记录了一些琐碎的东西，全文比较混乱。
准备下篇文章中讲述SDL最关键的video模块，相对来说，就比这些周边模块有意思的多。
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