从零开始C++游戏开发之第二篇：初识 C++ 游戏开发的基本架构

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如果说搭建开发环境是第一步，那么掌握游戏开发的架构便是迈向成功的关键。c++ 的独特之处在于它的性能强大，同时也能为我们提供灵活的架构设计方式。然而，初学者常常被复杂的概念如 “主循环”、”状态管理”、”事件驱动” 等吓退。但实际上，这些都是可以逐步学习并掌握的。

本篇文章将用简洁且专业的方式，帮助你了解 C++ 游戏开发的基本架构。希望在阅读后，你能对游戏开发有一个全新的认识，并能以更大的信心投入其中。

什么是游戏架构？

在游戏开发中，架构是指系统的整体设计和模块化实现方式。它的核心目标是确保游戏运行流畅、高效，并易于扩展和维护。以下是一个优秀游戏架构的三大核心价值：

提升开发效率：通过模块化设计，将代码逻辑拆分为独立的功能块，降低开发复杂度。
增强代码可维护性：良好的架构使代码更加直观，减少后期维护的难度。
优化性能：通过科学的架构设计，提高系统的资源利用率，提升游戏的整体体验。

以下是 C++ 游戏开发中常见的核心模块。

游戏架构的关键组成部分

1. 游戏主循环（Game Loop）

游戏主循环是所有游戏运行的核心，负责协调输入处理、逻辑更新和画面渲染。

示例代码：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std;

void processInput() {
    cout << "处理玩家输入..." << endl;
}

void updateGameLogic() {
    cout << "更新游戏逻辑..." << endl;
}

void renderFrame() {
    cout << "渲染当前画面..." << endl;
}

int main() {
    const int FPS = 60;
    const int frameDelay = 1000 / FPS;

    while (true) {
        auto frameStart = chrono::high_resolution_clock::now();

        processInput();
        updateGameLogic();
        renderFrame();

        auto frameEnd = chrono::high_resolution_clock::now();
        chrono::duration<double, milli> elapsedTime = frameEnd - frameStart;

        if (elapsedTime.count() < frameDelay) {
            this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(frameDelay) - elapsedTime);
        }
    }

    return 0;
}

核心点：

帧率控制：通过时间计算实现稳定的帧率（如 60 FPS）。
模块分离：将输入、逻辑和渲染解耦，提高代码清晰度。

2. 输入处理模块

输入模块负责捕获玩家操作，如键盘输入、鼠标点击或手柄按键。

示例代码：

#include <conio.h>

void processInput() {
    if (_kbhit()) {
        char key = _getch();
        cout << "按下键: " << key << endl;
    }
}

注意事项：

跨平台支持：建议使用 SDL 等库来处理多平台输入。
响应速度：确保输入处理的低延迟，以保证游戏体验流畅。

3. 游戏状态管理模块

状态管理是指游戏在不同阶段之间的切换。例如：

主菜单
游戏进行中
暂停
结束

示例代码：

enum GameState { MENU, PLAYING, PAUSED, GAME_OVER };

GameState currentState = MENU;

void updateGameLogic() {
    switch (currentState) {
        case MENU:
            cout << "主菜单中..." << endl;
            break;
        case PLAYING:
            cout << "游戏进行中..." << endl;
            break;
        case PAUSED:
            cout << "游戏暂停..." << endl;
            break;
        case GAME_OVER:
            cout << "游戏结束..." << endl;
            break;
    }
}

扩展建议：

使用状态机库（如 Boost Statechart）提升复杂状态管理的效率。

4. 事件驱动系统

事件系统允许模块之间实现松耦合通信，常用于处理玩家点击按钮、计时器到期等事件。

示例代码：

#include <functional>
#include <map>
using namespace std;

map<string, function<void()>> eventHandlers;

void registerEvent(const string& eventName, function<void()> handler) {
    eventHandlers[eventName] = handler;
}

void triggerEvent(const string& eventName) {
    if (eventHandlers.find(eventName) != eventHandlers.end()) {
        eventHandlers[eventName]();
    }
}

int main() {
    registerEvent("onStart", []() { cout << "游戏开始!" << endl; });

    triggerEvent("onStart");

    return 0;
}

5. 渲染模块

渲染模块将游戏逻辑结果展示给玩家，通常使用图形库如 SDL 或 OpenGL。

示例代码（使用 SDL）：

#include <SDL2/SDL.h>

void renderFrame(SDL_Renderer* renderer) {
    SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 0, 0, 0, 255);
    SDL_RenderClear(renderer);

    SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 255, 255, 255, 255);
    SDL_Rect rect = {100, 100, 200, 200};
    SDL_RenderFillRect(renderer, &rect);

    SDL_RenderPresent(renderer);
}

int main() {
    SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);
    SDL_Window* window = SDL_CreateWindow("C++ Game", SDL_WINDOWPOS_CENTERED, SDL_WINDOWPOS_CENTERED, 800, 600, 0);
    SDL_Renderer* renderer = SDL_CreateRenderer(window, -1, 0);

    while (true) {
        renderFrame(renderer);
    }

    SDL_DestroyRenderer(renderer);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();

    return 0;
}