摘要

本文提出了一种基于GameMaker Studio（GMS）的轻量级实体组件系统（ECS）实现方案，通过利用GMS的原生对象系统、事件驱动机制和基础变量类型，构建模块化、可扩展的游戏开发框架。

该框架在保留ECS核心思想（数据与逻辑分离、组件化设计）的同时，规避了复杂数据结构（如map、list）的使用，降低了学习成本，适合初学者学习gamemaker的使用方法。

1. 引言

1.1 背景与动机

GameMaker Studio以其直观的拖拽式开发和事件驱动机制受到广泛欢迎，但其传统对象导向（OOP）开发模式在复杂项目中易导致代码耦合度高、可维护性差。

ECS架构通过分离数据（组件）、行为（系统）和实体标识符，成为现代游戏开发的主流选择。然而，GMS的脚本系统对ECS原生支持有限。

本文旨在探索一种基于GMS基础功能的ECS实现方案，兼顾开发效率与架构优势。

1.2 目标与贡献

目标：在GMS中实现轻量级ECS框架，无需依赖高级数据结构（如ds_map/ds_list）。
贡献：

提供一种基于对象实例绑定、事件驱动的ECS实现方案，降低新手学习门槛。
通过案例验证，展示框架在角色移动、动画、攻击等场景中的适用性。
提出组件间协作的优化策略，减少传统OOP模式的耦合问题。

2. 相关技术概述

2.1 ECS架构核心概念

实体（Entity）：唯一标识符，通过对象实例ID表示。
组件（Component）：数据容器，如Position、Health、Animation等，通过对象属性存储。
系统（System）：逻辑处理器，如移动系统、碰撞检测系统，通过全局脚本或步事件实现。

2.2 GameMaker基础功能

对象实例化：通过instance_create创建实体与组件实例。
事件驱动：利用创建事件、步事件等管理组件生命周期。
变量绑定：通过实例变量直接引用其他对象实例ID（如oEntity.main）。

2.3 本框架实现方式

实体（Entity）：通过oEntity对象实例的唯一ID标识，存储组件引用（如oEntity.attr = oAttr）。
组件（Component）：每个组件为独立对象（如oColl），其变量直接存储数据（如oColl.mask_index）。
系统（System）：通过全局对象oGame的步事件统一调度组件逻辑（如调用oColl.move()）。

3. 框架设计与实现

3.1 核心架构设计

3.1.1 实体（Entity）

主对象：oEntity作为实体容器，通过实例变量绑定所有组件。
实例化流程：

创建oAttr实例。
通过oAttr的变量定义初始化实体需要绑定的组件（oEntity, oColl, oAnim, oWpn）。
在oAttr的创建事件中，实例化组件，并将组件实例ID存储在oEntity的变量中（如oEntity.attr =oAttr）。

3.1.2 组件（Components）

组件对象

职责

关键变量

oAttr	属性存储、引导实体实例化	组件对象：Entity, oColl, oAnim, oWpn 实体属性：health, speed, maxHp 创建函数：create_entity()
oColl	移动实体，碰撞逻辑	碰撞盒：mask_index 移动逻辑：move()
oAnim	动画控制，受击碰撞	碰撞盒：mask_index 动画切换：anim()
oWpn	对象交互，创建实例	攻击碰撞盒：bulletPrefab 攻击逻辑：wpn()

3.1.3 系统（System）

全局控制系统：通过oGame对象的步事件遍历所有oEntity实例，调用组件逻辑。
示例代码：

    // oGame步事件：执行所有实体的系统逻辑  
with (oEntity)
{  
       ctrl(); // 调用实体主逻辑  
}

系统逻辑分离：将组件行为封装为独立脚本（如move()、wpn()），通过with语句统一调度。

3.2 组件间协作

数据访问：通过主对象oEntity的变量直接访问组件属性。

    //在属性组件（oAttr）的变量定义中，初始化实体的类型
entity=oEntity;
coll=oColl;
// 在属性组件（oAttr）的创建事件中，为碰撞组件绑定实体id
entity=instance_create(entity);
coll=instance_create(coll);
coll.entity=entity;
//==================================================

// 在移动组件（oColl）中获取实体速度  
var speed = entity.attr.speed; // 通过oAttr组件获取速度

事件触发：利用with语句或者对象事件实现组件间通信。

3.3 实现步骤

创建组件对象：为每个组件定义独立对象（如oAttr），在变量定义中初始化变量。
绑定组件到实体：在oAttr的创建事件中实例化组件，并把组件的ID绑定到oEntity的变量中。
实现组件逻辑：在组件对象的创建事件或自定义脚本中编写行为代码（如oColl的移动逻辑）。
系统调度：通过全局对象（如oGame）的步事件统一调用组件逻辑。

4. 案例分析：敌人实体实现

4.1 组件配置

属性组件（oAttr_enm）：

    //变量定义
entity=oEntity_enm;
coll=oColl_enm;
anim=oAnim_enm;
wpn=oWpn_enm;
health=100;
speed=2;

移动组件（oColl_enm）：实现基于速度的移动逻辑和碰撞检测。

    // oColl_enm的移动逻辑（在创建事件中绑定）  
function move() {  
 // 接收实体属性  
  var _attr = entity.attr;
  var _speed = _attr.speed;  
//控制方向
  var _dx=keyboard_check(vk_right)-keyboard_check(vk_left);
  // 碰撞检测  
  move_and_collide(_dx*_speed ,0,oWall);
  //同步实体和各组件的坐标位置，需要单独创建脚本
  move_ent(x,y);
｝

动画组件（oAnim_enm）：根据移动方向切换精灵x轴方向。

    // oAnim_enm的动画逻辑（在创建事件中绑定）  
function anim() 
{
// 根据移动方向切换帧  
  if (xprevious != x)
 {  
    image_speed = 0.1;  
    if (x > xprevious) image_xscale = 1;  
    else image_xscale = -1;  
  } 
}

武器组件（oWpn_enm）：定义攻击间隔和子弹生成逻辑。

    // oWpn_enm的攻击逻辑（在创建事件中绑定）  
function wpn() {};

4.2 系统集成

实体控制逻辑（oEntity_enm）：

    //oEntity_enm创建事件：设计实体的系统逻辑  
ctrl=function()
{
        with coll {move();}
        with wpn {wpn();}
        with anim {anim();}
}

5. 对比与讨论

5.1 与传统ECS的差异

特性

本方法

传统ECS（如Unity）

数据存储	实例变量	独立数据结构（如Buffer）
逻辑分离度	组件内含部分逻辑	系统独立处理逻辑
扩展性	通过新增对象实现	通过添加组件类型
性能优化	依赖GMS原生优化	依赖专用调度器

5.2 优势与局限

优势：

学习成本低：开发者无需学习复杂数据结构，直接使用GMS原生对象与事件。
调试直观：通过实例变量直接查看组件状态（如oEntity.attr.health）。
轻量级：框架代码结构简单，适合快速原型开发。

局限：

组件逻辑耦合：组件需自行管理数据访问，可能引入依赖。
性能瓶颈：大规模对象（如1000+）时，with遍历可能影响帧率。

6. 结论与展望

本文提出的框架通过GameMaker的原生功能实现了ECS的核心思想，为小型游戏项目提供了模块化、易维护的开发方案。未来可进一步优化方向包括：

数据结构优化：引入轻量级数组或自定义“组件池”提升性能。
系统解耦：将组件逻辑完全移至独立系统对象。
扩展性增强：支持组件热加载与动态绑定。

参考文献

[1] Unity官方文档：ECS架构实现指南（2023）

[2] GameMaker Studio官方手册：对象与事件系统

[3]通义千问：深度思考功能

附录

附录A：框架代码结构示意图

    实体和组件
oEntity  (主体组件)
├── oAttr (属性组件)  
├── oColl (移动与碰撞组件)  
├── oAnim (动画组件)  
├── oWpn (攻击组件)  
└── (功能拓展)

实体控制
oGame (全局系统调度器)

在GameMaker中用基础功能，实现简单的ECS和Gameplay开发思路

摘要