完成帧率控制

CMakeLists.txt

@@ -32,6 +32,7 @@ find_package(spdlog REQUIRED)
 add_executable(${TARGET} 
                 src/main.cpp
                 src/engine/core/game_app.cpp
+                src/engine/core/time.cpp
                 )
 
 # 链接库

src/engine/core/game_app.cpp

@@ -1,10 +1,13 @@
 #include "game_app.h"
+#include "time.h"
 #include <SDL3/SDL.h>
 #include <spdlog/spdlog.h>
 
 namespace engine::core {
 
-GameApp::GameApp() = default;
+GameApp::GameApp() {
+    time_ = std::make_unique<Time>();
+}
 
 GameApp::~GameApp() {
     if (is_running_) {
@@ -18,12 +21,16 @@ void GameApp::run() {
         spdlog::error("初始化失败，无法运行游戏。");
         return;
     }
-
+    time_->setTargetFps(144);       // 设置目标帧率（临时，未来会从配置文件读取）
     while (is_running_) {
-        float delta_time = 0.01f; // 每帧的时间间隔（临时设定）
+        time_->update();
+        float delta_time = time_->getDeltaTime();
+
         handleEvents();
         update(delta_time);
         render();
+
+        // spdlog::info("delta_time: {}", delta_time);
     }
 
     close();

src/engine/core/game_app.h

@@ -1,20 +1,25 @@
 #pragma once
+#include <memory>
 
 // 前向声明, 减少头文件的依赖，增加编译速度
 struct SDL_Window;
 struct SDL_Renderer;
 
-namespace engine::core {
+namespace engine::core {        // 命名空间的最佳实践：与文件路径一致
+class Time;
 
 /**
  * @brief 主游戏应用程序类，初始化SDL，管理游戏循环。
  */
-class GameApp final {
+class GameApp final {   // final 表示该类不能被继承
 private:
     SDL_Window* window_ = nullptr;
     SDL_Renderer* sdl_renderer_ = nullptr;
     bool is_running_ = false;
 
+    // 引擎组件
+    std::unique_ptr<engine::core::Time> time_;
+
 public:
     GameApp();
     ~GameApp();
@@ -31,7 +36,7 @@ public:
     GameApp& operator=(GameApp&&) = delete;
 
 private:
-    [[nodiscard]] bool init();
+    [[nodiscard]] bool init();      // nodiscard 表示该函数返回值不应该被忽略
     void handleEvents();
     void update(float delta_time);
     void render();

src/engine/core/time.cpp

@@ -0,0 +1,78 @@
+#include "time.h"
+#include <spdlog/spdlog.h>
+#include <SDL3/SDL_timer.h>    // 用于 SDL_GetTicksNS()
+
+namespace engine::core {
+
+Time::Time() {
+    // 初始化 last_time_ 和 frame_start_time_ 为当前时间，避免第一帧 DeltaTime 过大
+    last_time_ = SDL_GetTicksNS();
+    frame_start_time_ = last_time_;
+    spdlog::trace("Time 初始化。Last time: {}", last_time_);
+}
+
+void Time::update() {
+    
+    frame_start_time_ = SDL_GetTicksNS();   // 记录进入 update 时的时间戳
+    auto current_delta_time = static_cast<double>(frame_start_time_ - last_time_) / 1000000000.0;
+    if (target_frame_time_ > 0.0){      // 如果设置了目标帧率，则限制帧率；否则delta_time_ = current_delta_time
+        limitFrameRate(current_delta_time);
+    } else {
+        delta_time_ = current_delta_time;
+    }
+
+    last_time_ = SDL_GetTicksNS(); // 记录离开 update 时的时间戳
+}
+
+void Time::limitFrameRate(float current_delta_time) {
+    // 如果当前帧耗费的时间小于目标帧时间，则等待剩余时间
+    if (current_delta_time < target_frame_time_) {
+        double time_to_wait = target_frame_time_ - current_delta_time;
+        Uint64 ns_to_wait = static_cast<Uint64>(time_to_wait * 1000000000.0);
+        SDL_DelayNS(ns_to_wait);
+        delta_time_ = static_cast<double>(SDL_GetTicksNS() - last_time_) / 1000000000.0;
+    }
+}
+
+float Time::getDeltaTime() const {
+    return delta_time_ * time_scale_;
+}
+
+float Time::getUnscaledDeltaTime() const {
+    return delta_time_;
+}
+
+void Time::setTimeScale(float scale) {
+    if (scale < 0.0) {
+        spdlog::warn("Time scale 不能为负。Clamping to 0.");
+        scale = 0.0; // 防止负时间缩放
+    }
+    time_scale_ = scale;
+}
+
+float Time::getTimeScale() const {
+    return time_scale_;
+}
+
+void Time::setTargetFps(int fps) {
+    if (fps < 0) {
+        spdlog::warn("Target FPS 不能为负。Setting to 0 (unlimited).");
+        target_fps_ = 0;
+    } else {
+        target_fps_ = fps;
+    }
+
+    if (target_fps_ > 0) {
+        target_frame_time_ = 1.0 / static_cast<double>(target_fps_);
+        spdlog::info("Target FPS 设置为: {} (Frame time: {:.6f}s)", target_fps_, target_frame_time_);
+    } else {
+        target_frame_time_ = 0.0;
+        spdlog::info("Target FPS 设置为: Unlimited");
+    }
+}
+
+int Time::getTargetFps() const {
+    return target_fps_;
+}
+
+} // namespace engine::core 

src/engine/core/time.h

@@ -0,0 +1,89 @@
+#pragma once
+#include <SDL3/SDL_stdinc.h>    // 用于 Uint64
+
+namespace engine::core {
+
+/**
+ * @brief 管理游戏循环中的时间，计算帧间时间差 (DeltaTime)。
+ *
+ * 使用 SDL 的高精度性能计数器来确保时间测量的准确性。
+ * 提供获取缩放和未缩放 DeltaTime 的方法，以及设置时间缩放因子的能力。
+ */
+class Time final{
+private:
+    Uint64 last_time_ = 0;         ///< @brief 上一帧的时间戳 (用于计算 delta)
+    Uint64 frame_start_time_ = 0;  ///< @brief 当前帧开始的时间戳 (用于帧率限制)
+    double delta_time_ = 0.0;      ///< @brief 未缩放的帧间时间差 (秒)
+    double time_scale_ = 1.0;      ///< @brief 时间缩放因子
+
+    // 帧率限制相关
+    int target_fps_ = 0;             ///< @brief 目标 FPS (0 表示不限制)
+    double target_frame_time_ = 0.0; ///< @brief 目标每帧时间 (秒)
+
+public:
+    Time();
+
+    // 简单起见，直接删除拷贝、移动和赋值运算符
+    Time(const Time&) = delete;
+    Time& operator=(const Time&) = delete;
+    Time(Time&&) = delete;
+    Time& operator=(Time&&) = delete;
+
+    /**
+     * @brief 每帧开始时调用，更新内部时间状态并计算 DeltaTime。
+     */
+    void update();
+
+    /**
+     * @brief 获取经过时间缩放调整后的帧间时间差 (DeltaTime)。
+     *
+     * @return double 缩放后的 DeltaTime (秒)。
+     */
+    float getDeltaTime() const;
+
+    /**
+     * @brief 获取未经过时间缩放的原始帧间时间差。
+     *
+     * @return double 未缩放的 DeltaTime (秒)。
+     */
+    float getUnscaledDeltaTime() const;
+
+    /**
+     * @brief 设置时间缩放因子。
+     *
+     * @param scale 时间缩放值。1.0 为正常速度，< 1.0 为慢动作，> 1.0 为快进。
+     *              不允许负值。
+     */
+    void setTimeScale(float scale);
+
+    /**
+     * @brief 获取当前的时间缩放因子。
+     *
+     * @return float 当前的时间缩放因子。
+     */
+    float getTimeScale() const;
+
+    /**
+     * @brief 设置目标帧率。
+     *
+     * @param fps 目标每秒帧数。设置为 0 表示不限制帧率。负值将被视为 0。
+     */
+    void setTargetFps(int fps);
+
+    /**
+     * @brief 获取当前设置的目标帧率。
+     *
+     * @return int 目标 FPS，0 表示不限制。
+     */
+    int getTargetFps() const;
+
+private:
+    /**
+     * @brief update 中调用，用于限制帧率。如果设置了 target_fps_ > 0，且当前帧执行时间小于目标帧时间，则会调用 SDL_DelayNS() 来等待剩余时间。
+     * 
+     * @param current_delta_time 当前帧的执行时间（秒）
+     */
+    void limitFrameRate(float current_delta_time);
+};
+
+} // namespace engine::core