之前用Unity在定义变量时经常会在变量前面标记[SerializeField]，用于将private和protected属性的变量显示在inspector上（public变量会直接显示）。学习时没有细想这些都是什么。关于序列化也是只知道大概的作用。学习UE时碰到了反射系统，而序列化则是反射系统的一大应用场景。此篇笔记将学习记录序列化的概念，反射的概念以及UE的C++反射实现，以及在UE中，序列化又是如何通过反射实现的。

1. 什么是序列化

计算机程序的基本运行周期可分为三个阶段：启动、运行和终止。当程序运行时，编译后的代码会被加载到内存中，程序运行过程中产生的变量和对象则存储在内存的栈区和堆区。然而，一旦程序终止运行，这些存储在内存中的临时数据都将丢失。为了持久化这些数据，我们需要在程序运行期间或终止前将其保存下来。这种需求常见于以下场景：

  • 网络传输（如多人游戏中不同客户端间的状态同步）
  • 游戏存档（保存玩家进度）
  • 编辑器中对游戏对象的修改保存

简单来说，序列化 是将程序中的 对象（Object） 或 数据结构 转换为一种 可存储或可传输的格式（如二进制、JSON、XML等），以便在需要时能够重新恢复（反序列化）为原始对象的过程。

2. 什么是反射（Reflection）

在UE中，每次修改完C++代码后都需要重新编译才能继续在编辑器中进行操作。这是因为编辑器需要获取代码中的变量和对象信息，以便在面板中提供可视化编辑功能。然而，C++编译过程会丢失许多对编辑器至关重要的元数据信息。C++的源码中的各种类型名变量名函数名文本人类可读，而编译器会直接将人类可读的代码源码编译为机器指令。编译器会丢弃什么呢？对于一个对象MyClass，运行时内存只需要知道某一块内存是哪种类型，并不需要知道名字字符串。对象成员health，只需要知道其在某一块内存的固定偏移量是多少。各种继承关系也会被处理为虚函数表（vtable），运行时通过vtable指针调用虚函数，而vtable本身不包含任何类名或父类名信息。简单来说，一切都被编译器转化为了各种地址信息，程序运行时只需要知道从哪块地址取出什么数据及指令即可。

程序在运行的时候如果想知道：

  • 我自己有哪些类？
  • 这个类叫什么名字？继承自谁？
  • 类里面有哪些成员变量，叫什么？是什么类型？
  • 类里面有哪些成员函数？参数和返回值是什么？

那么反射机制就是程序在运行时获取自身结构信息（类，属性，函数等）并能够操作他们的能力。

Unreal引擎的许多强大功能和高效工作流都严重依赖反射。没有它，以下事情要么极其困难，要么根本不可能：

  • 序列化： 将对象的状态（属性值）保存到磁盘（如存盘文件.uasset）或通过网络发送。
    • 引擎需要知道对象有哪些属性、它们的类型以及如何读取/写入它们的值。反射提供了这份“属性清单”和操作方法。
  • 垃圾回收： Unreal使用自动内存管理（GC）来回收不再使用的UObject。
    • GC需要知道一个对象引用了哪些其他UObject（避免误删仍在使用的对象）。反射提供了属性之间的引用关系图（通过UPROPERTY()标记）。
  • 蓝图与C++的互操作性： 这是Unreal最强大的特性之一。让设计师在蓝图中使用C++类、访问C++变量、调用C++函数。
    • 蓝图系统需要在运行时知道C++类有哪些属性(UPROPERTY)暴露给蓝图编辑、有哪些函数(UFUNCTION)可以被蓝图调用、它们的参数是什么。反射提供了这份蓝图与C++交互的“接口说明书”。
  • 编辑器细节面板： 在Unreal编辑器中选中一个Actor或Component时，右侧的“Details”面板会显示其可编辑的属性。
    • 编辑器需要知道这个对象有哪些属性可以显示和编辑、它们的分类（Category）、显示名称、工具提示、取值范围等（通过UPROPERTY的元说明符如EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category="Movement"等实现）。反射提供了构建这个UI所需的所有信息。
  • 网络复制： 在多人游戏中，服务器需要将状态同步到客户端。
    • 引擎需要知道哪些属性(UPROPERTY(Replicated))需要被复制、在什么条件下复制。反射提供了需要复制的属性列表和复制规则。
  • 命令行动态调用： 通过控制台命令或蓝图调用特定对象的特定函数。
    • 系统需要根据字符串形式的函数名和参数，在运行时找到匹配的函数并执行它。反射提供了函数名到实际函数指针的映射。
  • 动态创建对象： 根据类名（字符串）在运行时创建对象实例（例如NewObject()或SpawnActor()内部查找）。
    • 引擎需要根据提供的类名字符串，找到对应的UClass*，然后才能创建实例。反射维护了所有反射类的注册表。

C++ 语言本身不支持反射特性，UE 在 C++ 的语法基础上通过 UHT 实现了反射信息的生成，从而实现了运行时的反射的目的。

3. UE C++中的反射机制

随便打开一个在UE中创建的C++文件，比如MoveActor.h:

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// Fill out your copyright notice in the Description page of Project Settings.

#pragma once

#include "CoreMinimal.h"
#include "GameFramework/Actor.h"
#include "MoveActor.generated.h"

UCLASS()
class RIDERTEST_API AMoveActor : public AActor
{
	GENERATED_BODY()
	
public:	
	// Sets default values for this actor's properties
	AMoveActor();

protected:
	// Called when the game starts or when spawned
	virtual void BeginPlay() override;

public:	
	// Called every frame
	virtual void Tick(float DeltaTime) override;
	UPROPERTY(EditAnywhere,BlueprintReadWrite)
	float Speed;
};

注意这三个地方：UCLASS()，GENERATED_BODY()，UPROPERTY(EditAnywhere,BlueprintReadWrite)

许可协议

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