squad-proto/src/ecs/ecs.h

#pragma once
// -----------------------------------------------------------------------------
// Минимальная ECS: сущность — это идентификатор, данные лежат в типизированных
// плотных пулах, системы — свободные функции над пулами.
//
// Зачем она здесь, если прототип и без неё работал:
//   * оружие стало отдельной СУЩНОСТЬЮ со своим набором статов (пистолет,
//     карабин, клинок). Боец ссылается на неё, а не носит числа в себе —
//     значит ствол можно подменить, не трогая ни бойца, ни правила боя;
//   * мишени, пули и бойцы перестали быть тремя разными контейнерами в Game
//     и стали тремя пулами одного мира. Добавить четвёртый вид сущности —
//     это новый компонент, а не новое поле в Game и новый цикл в Step.
//
// Чего здесь НЕТ и почему:
//   * архетипов и запросов вида View<A, B, C>. Сущностей в прототипе десятки,
//     а не десятки тысяч; выигрыш от архетипов ушёл бы в сложность, а цена
//     промаха кеша на 5 агентах равна нулю;
//   * реакции на изменение компонентов, планировщика систем, рефлексии.
//
// Гранулярность компонентов сознательно КРУПНАЯ (Agent, Target, Bullet целиком,
// а не Position+Velocity+Body по отдельности). Причина в docs/12-ecs.md:
// правила боя из спека читают состояние агента целиком и в одном порядке,
// и дробление их только запутало бы, не дав ни строчки полезного обобщения.
//
// Детерминизм: удаление — swap-remove, порядок пулов зависит только от истории
// вызовов. Одинаковая последовательность операций даёт одинаковый мир, поэтому
// --headless по-прежнему воспроизводим.
// -----------------------------------------------------------------------------
#include <cstdint>
#include <memory>
#include <vector>

namespace ecs
{

// Идентификатор: младшие 24 бита — индекс слота, старшие 8 — поколение.
// Поколение отличает «ту же ячейку, но уже другую сущность» от живой ссылки.
using Entity = uint32_t;

constexpr Entity  NO_ENTITY = 0xFFFFFFFFu;
constexpr uint32_t ENTITY_INDEX_BITS = 24;
constexpr uint32_t ENTITY_INDEX_MASK = (1u << ENTITY_INDEX_BITS) - 1u;

inline uint32_t IndexOf(Entity e) { return e & ENTITY_INDEX_MASK; }
inline uint32_t GenOf(Entity e)   { return e >> ENTITY_INDEX_BITS; }
inline Entity   MakeEntity(uint32_t index, uint32_t gen)
{
    return (index & ENTITY_INDEX_MASK) | (gen << ENTITY_INDEX_BITS);
}

// --- пулы --------------------------------------------------------------------

struct IPool
{
    virtual ~IPool() = default;
    virtual void Remove(Entity e) = 0;
    virtual void Clear() = 0;
};

// Плотный массив компонентов + разрежённая таблица «индекс сущности -> место».
// data остаётся сплошным, поэтому его можно отдавать наружу как обычный массив
// (именно так SolverContext получает Agent* и ничего не знает про ECS).
template <class T>
struct Pool final : IPool
{
    std::vector<T>       data;
    std::vector<Entity>  owner;    // кому принадлежит data[i]
    std::vector<int32_t> sparse;   // индекс сущности -> позиция в data, -1 = нет

    bool Has(Entity e) const
    {
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        return i < sparse.size() && sparse[i] >= 0;
    }

    T* Find(Entity e)
    {
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        if (i >= sparse.size() || sparse[i] < 0) return nullptr;
        return &data[size_t(sparse[i])];
    }

    const T* Find(Entity e) const
    {
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        if (i >= sparse.size() || sparse[i] < 0) return nullptr;
        return &data[size_t(sparse[i])];
    }

    T& Add(Entity e, const T& value)
    {
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        if (i >= sparse.size()) sparse.resize(size_t(i) + 1, -1);
        if (sparse[i] >= 0)
        {
            data[size_t(sparse[i])] = value;
            return data[size_t(sparse[i])];
        }
        sparse[i] = int32_t(data.size());
        data.push_back(value);
        owner.push_back(e);
        return data.back();
    }

    void Remove(Entity e) override
    {
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        if (i >= sparse.size() || sparse[i] < 0) return;

        const size_t slot = size_t(sparse[i]);
        const size_t last = data.size() - 1;
        if (slot != last)
        {
            data[slot] = data[last];
            owner[slot] = owner[last];
            sparse[IndexOf(owner[slot])] = int32_t(slot);
        }
        data.pop_back();
        owner.pop_back();
        sparse[i] = -1;
    }

    void Clear() override
    {
        data.clear();
        owner.clear();
        for (int32_t& s : sparse) s = -1;
    }

    int Count() const { return int(data.size()); }
};

// --- идентификаторы типов ----------------------------------------------------

inline uint32_t NextTypeId()
{
    static uint32_t next = 0;
    return next++;
}

template <class T>
inline uint32_t TypeId()
{
    static const uint32_t id = NextTypeId();
    return id;
}

// --- мир ---------------------------------------------------------------------

struct World
{
    // Создание/уничтожение сущностей.
    Entity Create()
    {
        if (!freeSlots.empty())
        {
            const uint32_t i = freeSlots.back();
            freeSlots.pop_back();
            alive[i] = 1;
            return MakeEntity(i, generation[i]);
        }
        const uint32_t i = uint32_t(alive.size());
        alive.push_back(1);
        generation.push_back(0);
        return MakeEntity(i, 0);
    }

    bool Alive(Entity e) const
    {
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        return i < alive.size() && alive[i] != 0 && generation[i] == GenOf(e);
    }

    void Destroy(Entity e)
    {
        if (!Alive(e)) return;
        const uint32_t i = IndexOf(e);
        for (auto& p : pools)
            if (p) p->Remove(e);
        alive[i] = 0;
        generation[i] = uint8_t((generation[i] + 1u) & 0xFFu);
        freeSlots.push_back(i);
    }

    // Пул компонента. Создаётся при первом обращении и живёт до смерти мира:
    // Clear() чистит СОДЕРЖИМОЕ, но не сами пулы, поэтому ссылки на data
    // (например Game::targets) переживают Reset уровня.
    template <class T>
    Pool<T>& Store()
    {
        const uint32_t id = TypeId<T>();
        if (id >= pools.size()) pools.resize(size_t(id) + 1);
        if (!pools[id]) pools[id] = std::make_unique<Pool<T>>();
        return *static_cast<Pool<T>*>(pools[id].get());
    }

    template <class T>
    const Pool<T>& Store() const
    {
        return const_cast<World*>(this)->Store<T>();
    }

    template <class T>
    T& Add(Entity e, const T& value) { return Store<T>().Add(e, value); }

    template <class T>
    T* Get(Entity e) { return Store<T>().Find(e); }

    template <class T>
    const T* Get(Entity e) const { return Store<T>().Find(e); }

    template <class T>
    std::vector<T>& All() { return Store<T>().data; }

    void Clear()
    {
        for (auto& p : pools)
            if (p) p->Clear();
        alive.clear();
        generation.clear();
        freeSlots.clear();
    }

private:
    std::vector<uint8_t>  alive;
    std::vector<uint8_t>  generation;
    std::vector<uint32_t> freeSlots;
    std::vector<std::unique_ptr<IPool>> pools;
};

}   // namespace ecs