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从零开始C++棋牌游戏开发之第二篇：初识 C++ 游戏开发的基本架构

article 2024/12/25 14:41:14

如果说搭建开发环境是起点，那么理解游戏开发的基本架构就是起飞前的加油准备。C++ 的魅力不仅仅在于其强大的性能，更在于它能够让你以最优雅和高效的方式构建一个稳定的游戏架构。然而，初学者往往会被复杂的术语和概念吓退，比如 "主循环"、"状态管理"、"事件驱动" 等等。但请不要担心，本篇文章将用轻松的方式带你了解这些基础，同时让你感受到架构设计的美妙。

你可能会发现，一个好的架构不仅能让你的代码更易于维护，还能让你更快地实现心中所想的游戏功能。那么，让我们一起揭开 C++ 游戏开发基本架构的神秘面纱吧！

什么是游戏架构？

在游戏开发中，架构指的是整个游戏系统的整体设计和模块划分。它决定了游戏的运行逻辑、交互方式以及功能实现。一个好的架构能够：

提升开发效率：通过模块化设计，开发者可以专注于特定的功能，而不需要频繁修改其他部分。
提高可维护性：良好的架构使得代码易读、易扩展，减少了后期维护的成本。
增强性能：优化的架构能够更高效地分配资源，提升游戏的运行速度和响应能力。

以下是一个标准的 C++ 游戏架构的基本组成部分：

游戏架构的基本模块

1. 游戏主循环（Game Loop）

游戏主循环是整个游戏运行的核心，它不断地重复执行以下三个步骤：

处理输入：捕获玩家的操作，例如鼠标点击、键盘输入等。
更新逻辑：根据输入更新游戏状态，例如移动角色、检测碰撞等。
渲染画面：将更新后的状态显示在屏幕上。

示例代码：

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

void processInput() {
    // 示例输入处理
    cout << "Processing Input..." << endl;
}

void updateGameLogic() {
    // 示例逻辑更新
    cout << "Updating Game Logic..." << endl;
}

void renderFrame() {
    // 示例画面渲染
    cout << "Rendering Frame..." << 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;
}

关键点：

游戏主循环需要保持稳定的帧率（FPS），通常为 30 或 60 帧。
使用时间管理机制（如 chrono）控制每帧的执行时间。

2. 输入处理模块

输入处理模块负责捕获玩家的操作，并将其转化为游戏中的动作。这通常包括：

键盘输入
鼠标点击
游戏手柄的按键

示例代码：

#include <conio.h> // 用于捕获键盘输入

void processInput() {
    if (_kbhit()) { // 检查是否有键盘输入
        char key = _getch(); // 获取按键
        cout << "Key Pressed: " << key << endl;
    }
}

提示：

在 Windows 环境下可以使用 _kbhit 和 _getch。
在跨平台开发中，可以使用 SDL 或其他库进行输入捕获。

3. 游戏状态管理模块

游戏状态管理是指游戏在不同状态之间的切换，例如：

主菜单状态
游戏进行状态
暂停状态
结束状态

示例代码：

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

GameState currentState = MENU;

void updateGameLogic() {
    switch (currentState) {
        case MENU:
            cout << "In Menu..." << endl;
            break;
        case PLAYING:
            cout << "Game Playing..." << endl;
            break;
        case PAUSED:
            cout << "Game Paused..." << endl;
            break;
        case GAME_OVER:
            cout << "Game Over!" << endl;
            break;
    }
}

4. 事件系统

事件系统是游戏模块之间通信的重要手段。例如：

玩家点击按钮后触发某个事件。
游戏时间到达后触发结束事件。

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("onButtonClick", []() { cout << "Button Clicked!" << endl; });

    // 模拟事件触发
    triggerEvent("onButtonClick");

    return 0;
}

5. 渲染模块

渲染模块负责将游戏的当前状态绘制到屏幕上。在 C++ 中，常用的渲染库包括：

SDL：用于 2D 游戏渲染。
OpenGL：用于 2D 和 3D 游戏渲染。
Cocos2d-x：高度集成的游戏引擎。

示例代码（使用 SDL）：

#include <SDL2/SDL.h>

void renderFrame(SDL_Renderer* renderer) {
    SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 0, 0, 0, 255); // 黑色背景
    SDL_RenderClear(renderer);

    SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 255, 255, 255, 255); // 白色矩形
    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;
}