# 应用层与图形库分层设计

本项目后续包含三个应用层目标：两个游戏和一个启动器；同时还需要沉淀一套可复用的 IMX6U 轻量图形库。为了避免后期耦合和性能返工，必须明确区分“应用层”和“底层库”。

## 1. 推荐总体结构

推荐拆成四个逻辑层：

```text
IMX6U-Game/
├─ src/
│  ├─ Gfx/                 # 底层图形库：可复用、无具体游戏规则
│  │  ├─ Draw2D/           # DrawContext 统一绘制入口（✅ 已实现）
│  │  ├─ Core/             # FrameBuffer、DepthBuffer（✅ 已实现）
│  │  ├─ Math/             # 向量、矩阵、数学工具（✅ 已实现）
│  │  ├─ Rasterizer/       # 线段、三角形光栅化（✅ 已实现）
│  │  ├─ RenderData/       # Color、Triangle 等数据结构（✅ 已实现）
│  │  ├─ Scene/            # Camera、Transform（✅ 已实现）
│  │  ├─ Shading/          # 着色器（预留）
│  │  ├─ Platform/         # SDL2 / fb0 平台适配（✅ 已实现）
│  │  └─ Asset/            # 资源加载（✅ 已实现）
│  ├─ Apps/
│  │  ├─ Demo/             # 当前 3D 立方体 demo（✅ 已实现）
│  │  ├─ Launcher/         # 启动器应用（待实现）
│  │  ├─ GameA/            # 第一个游戏（待实现）
│  │  └─ GameB/            # 第二个游戏（待实现）
│  └─ Shared/              # 可选：应用层共享但不属于 Gfx 的东西
│     ├─ Save/             # 存档格式、配置读写
│     ├─ UI/               # 启动器和游戏共用 UI 组件
│     └─ Assets/           # 应用层资源索引、资源命名约定
├─ assets/
│  ├─ launcher/
│  ├─ game_a/
│  ├─ game_b/
│  └─ shared/
└─ docs/
```

~~当前项目已有 `Core/Math/Platform/Rasterizer/RenderData/Scene` 等目录，短期不必一次性搬迁；但新增代码应按上面的边界收敛。等功能稳定后，再把现有底层代码整体移动到 `src/Gfx/`。~~

**已完成**：底层代码已整体迁移到 `src/Gfx/`，包括 Core、Math、Rasterizer、RenderData、Scene、Shading、Platform、Asset 和新增的 Draw2D。Demo 入口位于 `src/Apps/Demo/`。

## 2. 四个层级的职责

### 2.1 Gfx：底层图形库

职责：

- 管理 framebuffer、depthbuffer、渲染上下文。
- 提供基础绘制接口：点、线、矩形、四边形、三角形、sprite、tile、简单文本等。
- 提供颜色、矩形、定点数、纹理、裁剪区域等基础数据结构。
- 封装 SDL2 / framebuffer 显示提交、输入轮询、时间源。
- 只关心“怎么画得快、怎么提交到屏幕”，不关心具体游戏规则。

禁止：

- 不依赖 `GameA`、`GameB`、`Launcher`。
- 不包含具体关卡、角色、菜单流程、游戏状态机。
- 不直接读取某个游戏专属资源路径。
- 不在核心绘制接口中暴露 SDL2 类型。

### 2.2 Apps/GameA 与 Apps/GameB：两个游戏

职责：

- 各自维护自己的游戏规则、状态机、关卡、实体、碰撞、计分、胜负逻辑。
- 通过 Gfx 提供的接口绘制画面。
- 通过平台输入快照读取按键/触摸状态，而不是直接调用 SDL。
- 管理自己的资源索引和场景切换。

禁止：

- 游戏之间互相 include 对方代码。
- 游戏直接操作 SDL renderer / texture / window。
- 游戏直接依赖 framebuffer 内存布局，除非是明确标注的性能特例。

### 2.3 Apps/Launcher：启动器

职责：

- 展示游戏列表、图标、说明、版本信息。
- 选择并启动 GameA 或 GameB。
- 管理全局设置，例如音量、亮度、输入校准、语言等。
- 可以复用 Shared/UI，但不承载具体游戏逻辑。

启动方式有两种可选方案：

1. **单进程多应用模式**：Launcher、GameA、GameB 编译成一个可执行文件，内部切换当前 App。
2. **多进程模式**：Launcher 是独立程序，选择后启动另一个游戏可执行文件。

对 IMX6U 初期开发，推荐先用 **单进程多应用模式**，原因：

- 构建、部署、调试更简单。
- SDL2 初始化、资源缓存、输入状态可以共用。
- 避免频繁退出/启动进程带来的黑屏、资源重载和状态恢复问题。

等项目成熟后，如果每个游戏体积较大，或者需要独立更新，再考虑多进程拆分。

### 2.4 Shared：应用层共享模块

Shared 只放“应用层共享，但不属于底层图形库”的内容，例如：

- UI 控件：按钮、列表、九宫格面板、菜单焦点管理。
- 存档/设置：配置文件、最高分、解锁状态。
- 资源清单：多个应用共用的字体、图标、音效索引。

Shared 可以依赖 Gfx；Gfx 不能依赖 Shared。

## 3. 依赖方向

必须保持单向依赖：

```text
Apps/GameA ─┐
Apps/GameB ─┼─> Shared ─> Gfx ─> Platform(SDL2/fb0)
Launcher  ─┘

Apps/GameA ─┐
Apps/GameB ─┼──────────> Gfx
Launcher  ─┘
```

禁止反向依赖：

```text
Gfx -> Apps        禁止
Gfx -> Shared      禁止
GameA -> GameB     禁止
GameB -> GameA     禁止
Platform -> Game   禁止
```

## 4. 应用统一接口

推荐为 Launcher、GameA、GameB 提供统一应用接口，例如：

```cpp
class IApp
{
public:
    virtual ~IApp() {}
    virtual void on_enter() = 0;
    virtual void on_exit() = 0;
    virtual void update(uint32_t fixed_delta_ms) = 0;
    virtual void render(Gfx::DrawContext& ctx) = 0;
    virtual AppId next_app() const = 0;
};
```

主循环只认识 `IApp`：

```text
poll input -> update current app -> render current app -> present framebuffer
```

这样三个应用层共用同一个主循环、同一套 SDL2 初始化和 framebuffer 提交流程。

注意：接口可以先保留虚函数，因为它只在每帧应用级调用，不在像素/顶点热路径中调用。像 `draw_rect`、`draw_quad`、`set_pixel_fast` 这类热路径函数不要虚化。

## 5. 底层图形库优先提供的 API

Gfx 初期建议先做 2D 基础能力，不要一开始就做复杂引擎：

```cpp
namespace Gfx
{
    struct RectI { int32_t x, y, w, h; };
    struct PointI { int32_t x, y; };
    struct Color32 { uint32_t rgba; };

    class DrawContext
    {
    public:
        void clear(Color32 color);
        void draw_pixel(int32_t x, int32_t y, Color32 color);
        void draw_line(PointI a, PointI b, Color32 color);
        void draw_rect(RectI rect, Color32 color);
        void fill_rect(RectI rect, Color32 color);
        void draw_quad(PointI p0, PointI p1, PointI p2, PointI p3, Color32 color);
        void fill_quad(PointI p0, PointI p1, PointI p2, PointI p3, Color32 color);
    };
}
```

后续再扩展：

- `draw_sprite`
- `draw_sprite_region`
- `draw_tilemap`
- `draw_text_bitmap_font`
- `set_clip_rect`
- `set_camera_2d`
- `batch sprite/tile`

## 6. 命名建议

为了避免“项目名、库名、游戏名”混乱，建议：

- 项目仓库仍叫 `IMX6U-Game`。
- 底层图形库命名为 `Gfx` 或 `MiniGfx`。
- 三个应用用明确名字：`Launcher`、`GameA`、`GameB`，后续再替换成真实游戏名。
- CMake target 可以是：
  - `imx6u_gfx` 静态库
  - `imx6u_launcher`
  - `imx6u_game_a`
  - `imx6u_game_b`
  - 或初期单可执行文件 `imx6u_suite`

## 7. 推荐演进顺序

1. ~~先抽出统一 `IApp` 和 `AppManager`，让当前 demo 成为一个 app。~~
2. ~~把 SDL2 初始化、输入、present 固定在平台层，应用层不直接碰 SDL。~~
3. ~~建立 `Gfx::DrawContext`，先封装 clear、pixel、line、rect、quad。~~ **已完成**（`Gfx::DrawContext` 封装了 clear、draw_line、draw_triangle、present）
4. ~~底层代码迁移到 `src/Gfx/`，Demo 入口迁移到 `src/Apps/Demo/`。~~ **已完成**
5. 新增 Launcher app，只做最小菜单和应用切换。
6. 新增 GameA/GameB 空壳，验证三应用切换。
7. 再逐步把现有 3D demo 或 2D 游戏逻辑迁入对应 Game 目录。
8. 最后重构 CMake，按 `imx6u_gfx` + 应用 target 拆分。

## 8. 性能注意事项

- 应用切换不应重复销毁/创建 SDL window、renderer、texture。
- 三个应用共用 framebuffer、输入状态和时间源。
- 每个应用可以有自己的资源缓存，但必须有上限和释放策略。
- Launcher 不应常驻消耗大量纹理/音频资源；进入游戏后可释放非必要启动器资源。
- Gfx 的绘制函数要保持小而直接，优先内联和连续内存写入。
- UI 控件层可以面向对象；像素/quad/sprite/tile 绘制层不要过度抽象。