Coremod导论—从切比雪夫多项式说起

森林蝙蝠 · 发表于 2018-10-5 00:18:35

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本帖最后由森林蝙蝠于 2019-7-27 23:11 编辑

所谓的coremod，是forge提供的代码注入机制，用来方便开发者修改原版代码或者控制mod加载用的，要实现coremod，首先应该实现IFMLLoadingPlugin接口：

public class WarhammerLoader implements IFMLLoadingPlugin {
public String[] getASMTransformerClass(){
      //代码注入需要用到asm，你的asm操作一般在IClassTransformer中进行，这个类用来获取实现了IClassTransformer的类
      //LaunchClassLoader.registerTransformer()中IClassTransformer的实现会被ClassLoader加载

      return new String[]{
         "com.forestbat.warhammer.asm.ChebishevTransformer","com.forestbat.warhammer.asm.ParentTransformer"
      };
}
public String getModContainerClass(){
      //用来获取实现了ModContainer的类
      return "com.forestbat.warhammer.asm.WarhammerModContainer";
}
public String getSetupClass(){
      //用来获取实现了IFMLCallHook的类
      return null;
}
public void injectData(Map<String,Object> data){
      //注入一些重要的数据，例如MC路径
      data.put("mcLocation", File mcDir);//MC路径
      data.put("coremodList", List loadPlugins);//coremod表单
      data.put("runtimeDeobfuscationEnabled", !deobfuscatedEnvironment);//确认运行时反混淆开启
      data.put("coremodLocation", File location);//coremod路径
}
public String getAccessTransformerClass()
{
      //AccessTransformer用来改变类的访问权限，例如从public改成private，forge已经自带
      return "net.minecraftforge.fml.common.asm.transformers.AccessTransformer";
}
}

getASMTransformerClass()
众所周知，Optifine的快速渲染是使用了自己的sin和cos算法，但可惜optifine是不开源的，那我们能不能实现自己的算法，以图对原版的算法实现优化呢？答案是肯定的。
在这里跟大家介绍一下切比雪夫逼近：切比雪夫多项式（百度百科）
比起泰勒公式，切比雪夫的优势在于可以以更低的次数逼近目标函数，降低运算量。出于简洁，使用第一类切比雪夫多项式去逼近sin（x），也就是sin（x）=aT0（x）+bT1(x)+cT2(x)+……这样的形式。
为了保证精度，我们选用六次切比雪夫逼近式，可以达到误差限4e-7，远高于原版算法的精度1e-6级别，最后的公式如下：

<font color="Black">sin = (((((-0.000960664 * value + 0.0102697866) * value - 0.00198601997) * value - 0.1656067221)
* value - 0.0002715666) * value + 1.000026227) * value;
//value是传入的弧度参数，范围为（0，π/2），其他角度都可以通过诱导公式变过来
</font>

复制代码

什么你问我怎么算出来的？取特殊点（例如sin（pi/6）=1/2）带入你的逼近多项式，得到一个7元一次方程组，然后求解这个方程组对应的矩阵（如何用Excel求逆矩阵和矩阵相乘可百度），即可得出a，b，c等相应系数。

好的，式子得到了，那么是时候将其置入游戏体验一下了。
如果你只是给自己的mod用一下，就不会有接下来的东西，直接声明一个static方法调用即可；如果你像我一样的“大公无私”，想让原版游戏的算法也变成这样大家一起用，下面的内容或许就很重要了。
准备好的了话，请看下面↓↓↓或这里

<font color="Black">public class ChebishevTransformer implements IClassTransformer {
//IClassTransformer：MC自带的launchwrapper工具所提供的类转换接口
@Override
public byte[] transform(String name, String transformedName, byte[] basicClass) {
if (transformedName.equals("net.minecraft.util.math.MathHelper")) {
FMLLog.log.warn("[Transforming...]");
//在这里输出一个告警信息，告诉大家你在做什么，可选项
ClassNode classNode=new ClassNode(ASM5);
//声明一个ASM5的classNode
ClassReader classReader=new ClassReader(basicClass);
//声明一个读取basicClass的classReader
classReader.accept(classNode,0);
//让classReader接收到要修改的classNode/classVisitor，以产生事件
List<MethodNode> methodNodeList=new ArrayList<>(classNode.methods);
//由于我们的目标是要修改方法，因此要遍历一下MethodNode，将其保存在list中
for(MethodNode methodNode:methodNodeList)
if (methodNode.name.equals("func_76126_a(F)F")) {
//上文的transformedName是转换后的类名，因为你看到的代码是根据notch name反混淆出来的，methodName是它的srg name， //(F)F指参数为float，返回float
methodNode.instructions.clear();
//清除methodNode下的结构
methodNode.instructions.add(new InsnNode(FLOAD))
//添加你自己的实现，FLOAD代表传入float参数，其在ASM中规定的操作码（Opcode）是23
methodNode.instructions.add(new MethodInsnNode
(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC, "Lcom/forestbat/warhammer/asm/ChebishevTransformer", "sin", "(F)D", false));
//添加上你自己的实现，ACC_PUBLIC，ACC_STATIC是ASM中public和static的操作码（分别是0x0001和0x0008）；
//“Lcom/forestbat/warhammer/asm/ChebishevTransformer”是owner参数，表明方法的源头类；
//“sin”是name参数，表明我们的方法名；
//“(F)D”是“float形参，返回double”的description（描述符）；
//false表明了owner类（不是）一个接口，若是，则为true
methodNode.instructions.add(new InsnNode(DRETURN));
//DRETURN代表返回double值，其操作码是175
}
ClassWriter classWriter = new ClassWriter(2);
//声明一个classWriter写入内容，参数2的意义是COMPUTE_FRAMES，自动计算局部变量与操作数栈
//每当方法被调用一次栈上就会生成一个帧，帧又被分为局部变量和操作数栈，COMPUTE_FRAMES会帮你自动计算，但会拖慢性能
classNode.accept(classWriter);
//classNode接收classWriter做参数，向方法内部生成二进制代码
return classWriter.toByteArray();
}
return basicClass;
//返回被修改的basicClass
}
</font>

复制代码

//我们自己的sin方法
public static double sin(float value){
if(value>=0&&value<=PI/2)
      return  (((((-0.000960664 * value + 0.0102697866) * value - 0.00198601997) * value - 0.1656067221)
            * value - 0.0002715666) * value + 1.000026227) * value;

if(value<0){
      return -sin(-value);
}
else{
   return sin((float)(value%PI));
}
}
首先解释下，为什么basicClass的类型是byte[]——因为basicClass在这里指的是未加载的类字节码，字节码本质上还是一串字节，因此类型是byte[]。
asm修改字节码的步骤是固定的，ClassReader读取basicClass（使之可被修改），接收ClassNode（来自asm的tree api）/ClassVisitor（来自asm的core api），而ClassNode/ClassVisitor又会接受ClassWriter，将开发者的改动通过ClassWriter写入Class中，最后返回修改后的basicClass。

tree api的性能低于core api，我们不妨康康core api的写法：
public class ParentTransformer implements IClassTransformer {//一个修改父类的轮子
private static String parentName;
private static String[] baseInterfaces;

@Override
public byte[] transform(String name, String transformedName, byte[] basicClass) {
   if(baseInterfaces!=null && parentName!=null){
      ClassReader classReader = new ClassReader(basicClass);
      ClassWriter classWriter = new ClassWriter(2);//2代表自动计算栈帧
      ClassVisitor classVisitor = new ClassVisitor(ASM5, classWriter) {
         @Override
         public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
            super.visit(52, access, transformedName, null, null, null);
            //52代表Java8，access代表public/private/protected，superName即父类，由于我们要修改父类，因此原类不应有父类，否则会发生错误
         }
      };
      classReader.accept(classVisitor, 2);
      classWriter.visit(52, 0x0001, transformedName, null,
            setParentName(transformedName, parentName), setInterfacesName(transformedName, baseInterfaces));
      classWriter.toByteArray();
      return basicClass;
}
else return basicClass;

}
public static String setParentName(String transformedName,String parentName){
      ParentTransformer.parentName=parentName;
      return parentName;
}
public static String[] setInterfacesName(String transformedName,String[] baseInterfaces) {
      ParentTransformer.baseInterfaces=baseInterfaces;
      for (String baseInterface : baseInterfaces) {
         try {
            ClassReader classReader = new ClassReader(baseInterface);
                  if (classReader.getItemCount() == 0)
                     return baseInterfaces;
            }catch (IOException e){FMLLog.bigWarning("No any interfaces!");}
         }
         return null;
      }
}

getModContainerClass()
每一个被@Mod注解标记从而被认为是mod的mod，都会有自己的ModContainer，如无意外将会在FMLModContainer类中进行处理，读取@Mod注解中的信息，但是开发者也可以自己改写ModContainer。
public class YourModContainer implements ModContainer {
private ModMetadata modMetadata;
private boolean enabled=true;
private VersionRange versionRange;
private ModContainer modContainer;
public String getModId(){
      return MOD_ID;
}
public String getName(){
      return MOD_NAME;
}
public String getVersion(){
      return VERSION;
}
public File getSource(){
      Path path= Paths.get(".minecraft","mods",getName());
      return path.toFile();
}
public ModMetadata getMetadata(){
      return modMetadata; //ModMetaData就是mod的“标签”，由@Mod注解信息决定，也可以由玩家自己编写
}

@Override
public void bindMetadata(MetadataCollection mc) {
try {
      ModMetadata metadata = mc.getMetadataForId("Gregtech", Maps.newConcurrentMap());
      if (metadata != null & metadata.dependencies.contains("ic2"))
         getUpdateUrl().openConnection();
}catch (IOException e){LOGGER.info("IC2 WebSite Error!");}}

@Override
public void setEnabledState(boolean enabled) {
      this.enabled=enabled;
}
public Set<ArtifactVersion> getRequirements(){
      return modMetadata.requiredMods;
}
public List<ArtifactVersion> getDependencies(){
      return modMetadata.dependencies;
}
public List<ArtifactVersion> getDependants(){
      return null;
}

@Override
public boolean registerBus(EventBus bus, LoadController controller) {
      bus.unregister(ForgeRegistries.BIOMES);//从EventBus移除所有生物群系，当然这么做很扯淡
      controller.getActiveModList().remove("titan");//从活跃加载mod列表中移除泰坦，换句话说，禁用了泰坦
      return true; }

@Override
public boolean shouldLoadInEnvironment() {
      return false;
}

@Override
public String getSortingRules() {
      //forge使用的是拓扑排序（TopologicalSort），当然你可以写一个自己的
      return “com.yourmod.yourSortList";
}

@Override
public boolean matches(Object mod) {
      return mod.equals(YourMod.INSTANCE);
}

@Override
public Object getMod() {
      return YourMod.INSTANCE;
}

@Override
public ArtifactVersion getProcessedVersion() {
      return new DefaultArtifactVersion(YourMod.VERSION);
}
public boolean isImmutable(){
      return false;
}

@Override
public String getDisplayVersion() {
      return YourMod.VERSION;
}

@Override
public VersionRange acceptableMinecraftVersionRange() {
      try {
         versionRange=VersionRange.createFromVersionSpec("[1.12,1.12.2]");//限定你的mod版本范围是1.12-1.12.2
      }catch (InvalidVersionSpecificationException e){FMLLog.bigWarning("No 1.12!");}
      return versionRange;
}

@Nullable
@Override
public Certificate getSigningCertificate() {
      Certificate[] certificates = getClass().getProtectionDomain().getCodeSource().getCertificates();
      return certificates != null ? certificates[0] : null;
}

@Override
public Map<String, String> getCustomModProperties() {
      return null;
      //向description中添加自己的信息，forge本身不一定会作出处理，这一部分由开发者自行处理，与下文descriptor并不一样
}

@Override
public Class<?> getCustomResourcePackClass() {
      return null;
}

@Override
public Map<String, String> getSharedModDescriptor() {Map<String, String> descriptor = Maps.newHashMap();
      descriptor.put("modsystem", "FML");
      descriptor.put("id", getModId());
      descriptor.put("version", getDisplayVersion());
      descriptor.put("name", getName());
      descriptor.put("url", modMetadata.url);
      descriptor.put("description", modMetadata.description);
      return descriptor;
}

public Disableable canBeDisabled(){
      return Disableable.NEVER;//设置其不会被禁用
}

@Override
public String getGuiClassName() {
      return null;
}

@Override
public List<String> getOwnedPackages() {
      return null;
}

@Override
public URL getUpdateUrl() {
      try {
      return new URL("https://minecraft.curseforge.com/projects/botania/files/2524591");//方便所以打了个botania的更新链接
      }catch (MalformedURLException e){}
}

@Override
public int getClassVersion() {
      return 52;//52代表Java8
}
public void setClassVersion(int version){

}
}

getSetupClass（）
由于IFMLCallHook这个接口的调用时间非常早，类似于.NET Core的startup接口，所以这里不应该出现MC本身的代码（因为MC代码的反混淆还在IFMLCallHook之后）
public class WarhammerHook implements IFMLCallHook {
@Override
public void injectData(Map<String, Object> data) {
      liveEnv = (Boolean)data.get("runtimeDeobfuscationEnabled");
      cl = (LaunchClassLoader) data.get("classLoader");
      File mcDir = (File)data.get("mcLocation");
      fmlLocation = (File)data.get("coremodLocation");
      ClassPatchManager.INSTANCE.setup(FMLLaunchHandler.side());
      FMLDeobfuscatingRemapper.INSTANCE.setup(mcDir, cl, (String) data.get("deobfuscationFileName")); }

@Override
public Void call() throws Exception {
      Class<?> classTitan=Class.forName("titan(or its obfuscate name)",false, (LaunchClassLoader)cl) //LaunchClassLoader是MC自带的类加载器
      CodeSource codeSource = classTitan.getProtectionDomain().getCodeSource();
      Files.delete(Paths.get(codeSource.getLocation().toURI())); //探测到泰坦所在的类后删除它
}
}

最后
我们的东西已经写完了，应该加载到游戏中使之生效。
打开你的build.gradle文件，向里面写入这样一段：

jar {
manifest {
//实现了IFMLLoadingPlugin的类（你的coremod类）
attributes 'FMLCorePlugin': 'com.forestbat.warhammer.asm.WarhammerLoader'
attributes 'FMLCorePluginContainsFMLMod': 'true'
//access transformer配置文件，一般是modid_at.cfg，放在resources/META_INF文件夹下
attributes 'FMLAT': 'warhammer_at.cfg'
//https://github.com/Ipsis/Woot/blob/1_12/src/main/resources/META-INF/woot_at.cfg（woot的AT配置文件）
}
}

复制代码

———————————————————————— 分割线 ——————————————————————————
如有需要继续更新ITweaker相关

来自群组: HAYO Studio

NoName德里奇 · 发表于 2018-10-5 07:15:31

这很数学.jpg
蝙蝠出品，必属精品。

ruhuasiyu · 发表于 2018-10-5 09:50:35

完全可以只考虑0~pi/4，然后用ax+bx^3+cx^5逼近吧？

langyo · 发表于 2018-10-5 09:52:51

1.13 要换成用 JavaScript 写 Mod 了？太恐怖了……

是不是还要再内嵌个 V8 和 Webkit……

咳咳……

切比雪夫我听都没听过，只能仰望

森林蝙蝠 · 发表于 2018-10-5 10:05:48

ruhuasiyu 发表于 2018-10-5 09:50
完全可以只考虑0~pi/4，然后用ax+bx^3+cx^5逼近吧？

可以，不过这样需要再推一遍cos（）的逼近，而且当时也没有考虑的太深。

森林蝙蝠 · 发表于 2018-10-5 10:23:51

langyo 发表于 2018-10-5 09:52
1.13 要换成用 JavaScript 写 Mod 了？太恐怖了……

是不是还要再内嵌个 V8 和 Webkit……

是coremod，不是mod。
typescript会编译成JS，所以你也可以用TS去编。

liach · 发表于 2019-3-3 18:24:46

个人表示modcontainer类应该和coremod其他部分分开，与普通mod的代码放一起。不然和sponge有兼容问题。

同时修改字节码的内容最好放独立的sourceset，和mod主体避免出现coremod导致classloading的现象。

还有最好别在coremod写法中唐突地插入一段fast math，混淆了主题。

森林蝙蝠 · 发表于 2019-3-3 18:33:59

liach 发表于 2019-3-3 18:24
个人表示modcontainer类应该和coremod其他部分分开，与普通mod的代码放一起。不然和sponge有兼容问题。

同 ...

前两者会注意，但第三条有必要说下，其实整篇文章是从fastmath那部分扩写出来的，所以会有切比雪夫多项式的论述。

a1016746326 · 发表于 2019-3-8 08:51:31

很有用，收藏了

roj234 · 发表于 2019-3-12 23:43:35

为什么我测试了却StackOverFlow
sin输入的是啥？

森林蝙蝠 · 发表于 2019-3-13 00:05:56

roj234 发表于 2019-3-12 23:43
为什么我测试了却StackOverFlow
sin输入的是啥？

你是不是输入了一个特别大的数？sin一般的参数是介于0-2pi的，如果太大就会无限递归，从而引发爆栈。

roj234 · 发表于 2019-3-13 12:46:18

森林蝙蝠发表于 2019-3-13 00:05
你是不是输入了一个特别大的数？sin一般的参数是介于0-2pi的，如果太大就会无限递归，从而引发爆栈。 ...

for(float i=0;i<3.1;i+=0.0001f){
double a = sin(i);

森林蝙蝠 · 发表于 2019-3-13 22:14:53

本帖最后由森林蝙蝠于 2019-3-13 22:36 编辑

roj234 发表于 2019-3-13 12:46
for(float i=0;i

public static double sin(float value){
         //修复程序，直接return，恢复正常
         //原因在于主公式sin= (((((-0.000960664 * value + 0.0102697866) * value - 0.00198601997) * value - 0.1656067221)
                     * value - 0.0002715666) * value + 1.000026227) * value 处没有return，导致程序找不到出口就这么爆栈了
         if(value>=0&&value<=PI/2)
            return  (((((-0.000960664 * value + 0.0102697866) * value - 0.00198601997) * value - 0.1656067221)
                     * value - 0.0002715666) * value + 1.000026227) * value;
         if(value<0&&value>=-PI/2){
            return sin(-value);
         }
         else{
            return sin((float)(value-PI));
         }
      }

roj234 · 发表于 2019-3-14 18:48:00

本帖最后由 roj234 于 2019-3-14 18:56 编辑

森林蝙蝠发表于 2019-3-13 22:14
public static double sin(float value){
//修复程序，直接return，恢复正常
// ...

!Thank u

森林蝙蝠 · 发表于 2019-3-14 19:17:31

roj234 发表于 2019-3-14 18:48
!Thank u

问一下，你这个origin time是哪个算法的？

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