节点和树结构

节点基础

节点是 Godot 中所有场景的基础构建块。 Node 类是所有场景对象的基类，提供树管理、场景组织和消息传递的核心功能。

Godot 场景中的每个元素——从 UI 控件到 3D 对象，从音频播放器到物理实体——都是 Node 或派生自 Node 类。

节点的主要特性

基于层级：节点可以拥有任意数量的子节点，形成树结构
唯一名称：所有同级节点（节点的直接子节点）必须具有唯一的名称
所有权：父节点被删除时，其所有子节点都会自动删除
处理：节点可以逐帧处理
分组：节点可以组织到组中以便于管理
信号：节点可以发出信号以进行事件驱动的通信

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节点树结构

Godot 中的节点构成了称为场景树的分层树结构。这个节点树是决定节点之间如何关联、如何处理以及如何渲染的核心组织结构。

代码中的树结构

父子关系在 Node 类的的数据结构中明确表示

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场景树

虽然节点构成了层级关系，但 SceneTree 类管理着整个活动的层级结构。SceneTree 负责：

管理游戏循环
处理输入事件
管理节点组
跟踪树结构的变化
向节点提供通知回调

活动场景中的每个节点都属于 SceneTree，并且每个节点都可以通过 get_tree() 方法访问 SceneTree。

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节点生命周期

节点在场景树中遵循一个明确定义的生命周期。理解这个生命周期对于初始化资源、启动行为和正确清理至关重要。

关键生命周期方法

_enter_tree()：当节点进入场景树时调用
_ready()：当节点及其所有子节点都已初始化并准备就绪时调用
_process(delta)：每帧调用一次，用于基于帧的行为
_physics_process(delta)：以固定时间间隔（物理滴答）调用，用于基于物理的行为
_exit_tree()：当节点即将离开场景树时调用

生命周期回调的顺序很重要

添加节点时：父节点的 _enter_tree() → 子节点的 _enter_tree() → 子节点的 _ready() → 父节点的 _ready()
移除节点时：子节点的 _exit_tree() → 父节点的 _exit_tree()

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添加和移除节点

节点可以动态地添加到树中或从中移除

添加节点

使用 add_child() 方法将一个节点添加为另一个节点的子节点

Node::add_child(Node* p_node, bool p_force_readable_name = false, Node::InternalMode p_internal = INTERNAL_MODE_DISABLED)

移除节点

节点可以通过两种方式移除

remove_child()：从父节点中移除节点，但不释放内存
queue_free()：安全地将节点的删除推迟到当前帧结束时

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节点属性与处理

处理模式

节点具有一种处理模式，该模式决定了何时应处理它们

处理回调

节点有几个与处理相关的回调

_process(delta)：每帧调用一次，用于平滑动画和非物理行为
_physics_process(delta)：以固定间隔调用，用于物理相关行为
_input(event)：当发生输入事件时调用
_unhandled_input(event)：当输入事件未被任何控件处理时调用
_unhandled_key_input(event)：当按键输入事件未被处理时调用

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分组与场景树通信

节点可以组织成组以便于管理和访问。这允许您通过单个函数调用来定位多个节点。

组操作

SceneTree 提供了与组交互的方法

call_group(group, method, ...)：在组中的所有节点上调用一个方法
notify_group(group, notification)：向组中的所有节点发送通知
set_group(group, property, value)：在组中的所有节点上设置一个属性

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视口与控件树

Godot 的 UI 也建立在节点树结构之上，具有额外的层级概念

Viewport：场景的一个视图，作为 UI 节点的根
Control：所有 UI 元素的基类，构成一个控件树
Window：一个可以嵌入其他控件的顶级容器

控件除了正常的节点结构之外，还具有额外的父子关系，以及专门的布局系统、大小调整和定位。

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主题系统和节点外观

节点，特别是 UI 控件，可以通过主题系统修改其外观。主题是定义控件视觉属性的资源。

主题可以

全局设置，应用于整个项目
应用于特定的控件节点及其所有子节点
为单个控件覆盖

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场景实例化和运行时结构

Godot 中的场景是保存到磁盘的节点集合，可以实例化多次。这种系统允许高效地重用节点结构。

当场景被实例化时

节点结构会被复制
每个节点在添加到树中时都会调用其 _enter_tree()
所有节点添加完毕后，它们会收到 _ready() 通知

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实现细节

Godot 的节点系统核心围绕几个关键类和机制构建

Node 类：基类，具有树遍历、子节点管理和生命周期方法
SceneTree 类：管理活动层次结构，并提供对所有节点的全局访问
通知系统：使用整数通知代码向节点发出状态更改信号
Viewport 类：创建游戏世界视图的特殊节点

节点系统使用各种数据结构来有效地维护树

HashMap 用于按名称存储子节点
列表用于跟踪所有权关系
组映射用于将节点组织到组中

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场景树中的操作顺序

场景树中的处理遵循特定顺序

对于节点，处理顺序如下

输入事件（如果处理输入）
物理处理（固定时间步长，用于与物理相关的代码）
常规处理（可变时间步长，用于一般行为）

在每个处理阶段内，节点按优先级顺序（数值越小越靠前），然后按树顺序（对于具有相同优先级的节点）进行处理。

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结论

节点和树结构是 Godot 架构的核心。这种分层方法提供了一种清晰、直观的方式来组织游戏元素，同时为场景管理、处理和组件间的通信提供了强大的功能。

理解节点之间的关系，它们是如何处理的，以及它们如何进入和退出树，对于有效的 Godot 开发至关重要。