GDExtension的C++示例
本文按照官方文档，进行c++的GDExtension插件开发，主要进行文档进行复刻，同时对文档中未涉及步骤进行补充
什么是GDExtension
除了GDScript和C#这两种脚本语言外，Godot引擎可以执行其他编程语言编写的代码。目前有两种方式实现：C++模块与GDExtension
简单的对这两种方式进行对比：
| 支持的语言 | 是否需要和引擎一起编译 | |
|---|---|---|
| C++模块 | C++ | 是 |
| GDExtension | C++，Go，D，Haxe，RustSwift | 否 |
GDExtension官方明确维护C++版本，同时目前没有别的语言的维护计划，上表所列出的其他语言均由社区维护，用于生产前请进行充分调研
由上表可以知道，GDExtension由于无需和引擎一起编译，使用更灵活，并且支持更多语言。
使用GDExtension的依赖
- Godot4可执行程序
- c++编译器
- SCons 作为构建工具
- godot-cpp 仓库的副本
安装godot-cpp
推荐将godot-cpp作为项目的git子模块
# 创建项目目录
mkdir gdextension_cpp_example
# 进入目录
cd gdextension_cpp_example
# 创建demo目录用于存放godot项目相关文件
mkdir demo
# 创建src目录用于存放GDExtension的c++代码
mkdir src
# 初始化git版本管理
git init
# 将godot-cpp作为git子模块加入项目，并切换至4.2分支（对应你的godot版本）
git submodule add -b 4.2 https://github.com/godotengine/godot-cpp
# 更新godot-cpp子模块
cd godot-cpp
git submodule update --init
项目结构
本次项目结构如下所示
gdextension_cpp_example/
|
+--demo/ # game example/demo to test the extension
|
+--godot-cpp/ # C++ bindings
|
+--src/ # source code of the extension we are building
SCons构建系统
使用Anaconda+Python虚拟环境+pip来搭建SCons构建系统环境
安装Anaconda
该步骤可参考官方文档
Conda安装Python虚拟环境
All SCons software (SCons itself, tests, supporting utilities) will be written to work with Python version 3.6+.
根据官网手册介绍，Scons的python依赖版本为3.6+,这里我搭建一个3.11的环境（版本介绍页面，python每个版本支持5年，3.11支持到2027-10）
# 查看当前环境(可选)
conda env list
# 查看当前环境的包（可选）
conda list
pip list
# 检查conda更新（可选）
conda update conda
# conda清理（可选）
conda clean -p //删除没有用的包（推荐）
# 创建虚拟环境
conda create -n your_env_name python=3.11
# 激活虚拟环境
conda activate your_env_name
安装SCons
由于conda中SCons最新版为V3.12无法进行godot构建，要求V4.0+，因此需要使用pip方式安装
pip install scons
# 安装后使用查看版本
scons --version
构建C++绑定
项目中的godot-cpp/gdextension/extension_api.json
仓库中该文件已经存在，当你的版本与仓库配置文件中描述的版本不同时，你需要自己手动生成你使用版本对应的extension_api.json
extension_api.json解读
查看版本
查看header字段的版本与使用的版本是否相同，例子中我使用的godot版本为V4.2.2，与配置文件对应
"header": {
"version_major": 4,
"version_minor": 2,
"version_patch": 2,
"version_status": "stable",
"version_build": "official",
"version_full_name": "Godot Engine v4.2.2.stable.official"
},
生成当前版本的extension_api.json
当你的版本与仓库中的extension_api.json版本不匹配时，你可以手动生成当前版本的配置文件，详细信息查看官方手册，方法如下：
# 进入godot安装目录
cd godot_bin_path
# 生成extension_api.json
godot --dump-extension-api
# 执行结束会在可执行程序godot目录下生成配置文件godot_bin_path/extension_api.json
# 拷贝到项目目录中,放在哪里自己决定，后续需要根据该文件配置scons
cp extension_api.json path_to_your_project/
构建绑定
若要生成和编译绑定，请使用以下命令（替换 <platform> 为 windows 或 linux macos 取决于您的操作系统）：
cd path_to_your_project/godot-cpp
scons platform=<platform> custom_api_file=<PATH_TO_FILE>
cd ..
这一步将需要一段时间. 完成后, 你应该有一个静态库, 可以编译到你的项目中, 存储在 godot-cpp / bin / 中.
你可能需要在 Windows 或 Linux 的命令行中添加
bits=64。
实现一个简单的插件
- 打开
Godot在demo中新建一个项目 - 在我们的演示项目中, 我们将创建一个包含名为 "Main" 的节点的场景, 我们将其保存为
main.tscn . 我们稍后再回过头来看看.
该例中创建一个名为GDExample的插件，该插件继承自Sprite2D
创建插件头文件
首先新建插件的头文件gdexample.h
#ifndef GDEXAMPLE_H
#define GDEXAMPLE_H
#include <godot_cpp/classes/sprite2d.hpp>
namespace godot {
class GDExample : public Sprite2D {
GDCLASS(GDExample, Sprite2D)
private:
double time_passed;
protected:
static void _bind_methods();
public:
GDExample();
~GDExample();
void _process(double delta) override;
};
}
#endif
我们解读上述的代码
- 命名空间
godot，因为GDExtension中所有内容都在这个命名空间内 - 继承
Sprite2D包含sprite2d.hpp - 宏
GDCLASS用于设置一些例行执行的操作 - 我们定义了一个
time_passed成员，用于保存运行时间 - 静态方法
_bind_methods，Godot 将调用它来找出可以调用哪些方法以及它公开了哪些属性。 -
_process方法，与GDScript中的_process工作方式相同，每帧会进行调用
创建源文件
新建gdexample.cpp，上述插件方法的具体实现在此处进行实现
#include "gdexample.h"
#include <godot_cpp/core/class_db.hpp>
using namespace godot;
void GDExample::_bind_methods() {
}
GDExample::GDExample() {
// Initialize any variables here.
time_passed = 0.0;
}
GDExample::~GDExample() {
// Add your cleanup here.
}
void GDExample::_process(double delta) {
time_passed += delta;
Vector2 new_position = Vector2(10.0 + (10.0 * sin(time_passed * 2.0)), 10.0 + (10.0 * cos(time_passed * 1.5)));
set_position(new_position);
}
-
_process中我们根据当前时间，使用正弦与余弦函数计算出精灵的新位置
除了以上插件类的c++代码，我们的GDExtension插件可以包含多个插件类，每个类都有自己的头文件与源文件，就像GDExample一样。
在插件类编码完毕后，我们还需要一个register_types.cpp文件，该文件负责告诉Godot我们插件中的所有类。
编写注册函数
创建register_types.cpp
#include "register_types.h"
#include "gdexample.h"
#include <gdextension_interface.h>
#include <godot_cpp/core/defs.hpp>
#include <godot_cpp/godot.hpp>
using namespace godot;
void initialize_example_module(ModuleInitializationLevel p_level) {
if (p_level != MODULE_INITIALIZATION_LEVEL_SCENE) {
return;
}
ClassDB::register_class<GDExample>();
// ClassDB::register_class<YourOtherClass>();
}
void uninitialize_example_module(ModuleInitializationLevel p_level) {
if (p_level != MODULE_INITIALIZATION_LEVEL_SCENE) {
return;
}
}
extern "C" {
// Initialization.
GDExtensionBool GDE_EXPORT example_library_init(GDExtensionInterfaceGetProcAddress p_get_proc_address, const GDExtensionClassLibraryPtr p_library, GDExtensionInitialization *r_initialization) {
godot::GDExtensionBinding::InitObject init_obj(p_get_proc_address, p_library, r_initialization);
init_obj.register_initializer(initialize_example_module);
init_obj.register_terminator(uninitialize_example_module);
init_obj.set_minimum_library_initialization_level(MODULE_INITIALIZATION_LEVEL_SCENE);
return init_obj.init();
}
}
解读上述代码：
-
initialize_example_module、uninitialize_example_module：分别在Godot进行加载或卸载我们的GDExtension时执行。目前在这里所做的只是解析绑定模块中的函数以初始化它们，但您可能需要根据需要，设置更多内容。我们为库中的每个类调用该函数
register_class 。 -
最重要的是第三个函数
example_library_init，该函数可以认为是插件的入口，后续会在配置文件（xxx.gdextension）中标注出来。这个函数进行了如下工作：
-
注册
加载时需要执行的操作initialize_example_module -
注册
卸载时需要执行的操作uninitialize_example_module -
设置
初始化级别(level of initialization)涉及（core（核心）, servers（服务器）, scene（场景）, editor（编辑器）, level（级别））注：官方文档中对此没有更多说明，本文作者猜测涉及到插件在何时初始化的时机设置
-
创建对应的头文件register_types.h
#ifndef GDEXAMPLE_REGISTER_TYPES_H
#define GDEXAMPLE_REGISTER_TYPES_H
#include <godot_cpp/core/class_db.hpp>
using namespace godot;
void initialize_example_module(ModuleInitializationLevel p_level);
void uninitialize_example_module(ModuleInitializationLevel p_level);
#endif // GDEXAMPLE_REGISTER_TYPES_H
编译插件
编译插件需要手工编写SConstruct文件，这并不容易，官方提供一个根据本例硬编码的文件，如下所示：
#!/usr/bin/env python
import os
import sys
env = SConscript("godot-cpp/SConstruct")
# For reference:
# - CCFLAGS are compilation flags shared between C and C++
# - CFLAGS are for C-specific compilation flags
# - CXXFLAGS are for C++-specific compilation flags
# - CPPFLAGS are for pre-processor flags
# - CPPDEFINES are for pre-processor defines
# - LINKFLAGS are for linking flags
# tweak this if you want to use different folders, or more folders, to store your source code in.
env.Append(CPPPATH=["src/"])
sources = Glob("src/*.cpp")
if env["platform"] == "macos":
library = env.SharedLibrary(
"demo/bin/libgdexample.{}.{}.framework/libgdexample.{}.{}".format(
env["platform"], env["target"], env["platform"], env["target"]
),
source=sources,
)
else:
library = env.SharedLibrary(
"demo/bin/libgdexample{}{}".format(env["suffix"], env["SHLIBSUFFIX"]),
source=sources,
)
Default(library)
将改文件放入项目根目录，即gdextension_cpp_example/，与godot-cpp，src，demo同级，然后开始执行编译操作，执行如下命令
scons platform=<platform>
你现在应该能够在demo/bin/<platform> 中找到该模块.
在这里，我们将 godot-cpp 和我们的 gdexample 库编译为调试版本。对于优化的构建，应使用
target=template_release开关进行编译。
使用GDExtension模块
终于，我们可以使用自己编译的插件了，再回到Godot之前，我们需要在demo/bin/中创建一个文件
这个文件让Godot知道，在不同平台应该从哪里拿到不同的动态库文件，同时声明模块的入口函数，函数定义在编写注册函数中。
[configuration]
entry_symbol = "example_library_init"
compatibility_minimum = "4.2"
[libraries]
macos.debug = "res://bin/libgdexample.macos.template_debug.framework"
macos.release = "res://bin/libgdexample.macos.template_release.framework"
windows.debug.x86_32 = "res://bin/libgdexample.windows.template_debug.x86_32.dll"
windows.release.x86_32 = "res://bin/libgdexample.windows.template_release.x86_32.dll"
windows.debug.x86_64 = "res://bin/libgdexample.windows.template_debug.x86_64.dll"
windows.release.x86_64 = "res://bin/libgdexample.windows.template_release.x86_64.dll"
linux.debug.x86_64 = "res://bin/libgdexample.linux.template_debug.x86_64.so"
linux.release.x86_64 = "res://bin/libgdexample.linux.template_release.x86_64.so"
linux.debug.arm64 = "res://bin/libgdexample.linux.template_debug.arm64.so"
linux.release.arm64 = "res://bin/libgdexample.linux.template_release.arm64.so"
linux.debug.rv64 = "res://bin/libgdexample.linux.template_debug.rv64.so"
linux.release.rv64 = "res://bin/libgdexample.linux.template_release.rv64.so"
android.debug.x86_64 = "res://bin/libgdexample.android.template_debug.x86_64.so"
android.release.x86_64 = "res://bin/libgdexample.android.template_release.x86_64.so"
android.debug.arm64 = "res://bin/libgdexample.android.template_debug.arm64.so"
android.release.arm64 = "res://bin/libgdexample.android.template_release.arm64.so"
这个文件中我们需要关注如下信息
-
configuration中定义了兼容的Godot最低版本，填写该字段防止旧版本Godot加载你的插件 - 该
libraries 部分是重要的部分：它告诉 Godot 每个受支持平台的动态库在项目文件系统中的位置。这也将导致在导出项目时仅导出该文件，这意味着数据包将不包含与目标平台不兼容的库。 - 最后，该
dependencies 部分允许您声明还应包含的其他动态库。当您的GDExtension插件实现其他人的库并要求您为项目提供第三方动态库时，这一点很重要。
现在我们的项目结构看起来应该像这样：
gdextension_cpp_example/
|
+--demo/ # game example/demo to test the extension
| |
| +--main.tscn
| |
| +--bin/
| |
| +--gdexample.gdextension
|
+--godot-cpp/ # C++ bindings
|
+--src/ # source code of the extension we are building
| |
| +--register_types.cpp
| +--register_types.h
| +--gdexample.cpp
| +--gdexample.h
添加我们的插件
现在在节点中就可以找到我们的插件GDExample
我们加入该节点，并进行如下设置：对Sprite2d添加Texture，同时取消勾选Offset/Centered
此时我们可以运行我们的项目：
自定义编辑器图标
默认情况下， Godot 使用 GDExtension 节点的场景停靠栏中的节点图标.可以通过 gdextension 文件添加自定义图标。节点的图标是通过引用其名称和 SVG 文件的资源路径来设置的。
例如
[icons]
GDExample = "res://icons/gd_example.svg"