# CppCon 2014 学习: Quick game development with C++11/C++14
这是一个关于游戏开发与现代 C++（尤其是 C++11/C++14）结合的技术分享或讲座的概要，结构清晰、内容分为几个部分：
About This Talk — 内容结构
1. 导言部分（Introductory part）
介绍为什么选择游戏开发作为主题，可能从以下角度展开：
- 游戏开发对性能和架构的要求高，是验证语言特性的良好场景；
- 游戏项目具有高度模块化，适合演示抽象、封装、面向对象与泛型编程；
- 吸引力强、反馈直观，有助于学习者保持兴趣。
2. 为什么选择 C++？（Why C++?）
可能会提到：
- 高性能：几乎没有运行时开销；
- 精细控制：对内存管理、线程、对象生命周期等有绝对掌控；
- 巨大的生态（如 SDL、SFML、Unreal、Unity/C++ plugin）；
- 跨平台开发能力强。
3. 为什么选择 C++11/C++14？（Why C++11/C++14?）
强调现代 C++ 的优势：
- 更简洁：
auto、range-for、lambda函数； - 更安全：
nullptr、类型推导、RAII 更易用； - 更强大：
move semantics、std::function、std::thread； - 现代标准库功能增强：
<chrono>、<unordered_map>、智能指针。
4. 现场编码部分（Live Coding Part）
Preparation:
- 明确目标：构建一个可运行的、简单的小游戏（比如：贪吃蛇、打砖块、跳跃游戏等）；
- 工具链准备：C++14 编译器（如 Clang、GCC、MSVC）、构建系统（CMake？）、编辑器（VSCode/CLion）；
- 使用资源：图形库（SDL2、SFML）、音频、输入处理、游戏循环。
实录内容：
- 分阶段展示游戏的设计和实现；
- 讲解架构设计（实体组件系统？）；
- 使用现代 C++ 特性重构或优化部分模块；
- 最终展示一个 完整可玩的小游戏。
本次讲座的核心目标（Goals of this talk）：
Talk Goals
1. 鼓励大家尝试游戏开发
Encouraging everyone to try game development
- 说明游戏开发并不高不可攀；
- 通过一个简单示例激发兴趣；
- 展示游戏开发带来的乐趣、成就感和技能提升。
2. 展示 C++（特别是新标准）如何简化游戏开发
Demonstrating how C++ and its newer standards make game development a breeze
- 使用 C++11/C++14 提供的现代语法和特性：
auto、lambda、range-based for提高代码可读性；smart pointers提升资源管理安全性；std::function、std::bind提高接口灵活性；move semantics优化性能；constexpr与模板改进提升可复用性；
- 目标是让观众认识到现代 C++ 并不复杂，反而可以写出简洁、高效、优雅的游戏代码。
这是关于“为什么选择游戏开发（Game development: why?）”的内容核心：
为什么要做游戏开发？
1. 游戏开发需要多领域的知识与技能
Game development – Requires knowledge and skills in multiple areas
- 你必须掌握的不仅是编程，还有逻辑、图形、物理、音频、用户体验等；
- 是对综合技术实力的全面挑战；
- 帮助你成长为全栈工程师（或更高层次的通才）。
2. 游戏开发促进与玩家社区互动
Involves the programmer with the community
- 你编写的不只是代码，而是直接影响玩家体验；
- 开发过程中可以快速得到反馈、建议、甚至热情的粉丝；
- 游戏开发让你成为创作者，同时也拥有观众。
3. 游戏开发涵盖大量专业的编程主题
Touches a vast number of specific programming topics
包含但不限于以下方向（每一个都是深水区）：
| 领域 | 内容示例 |
|---|---|
| Mechanics | 核心玩法规则与反馈 |
| Design | 关卡设计、平衡性、美术风格 |
| Implementation | 动作、输入、逻辑、动画等系统代码 |
| Resources | 管理图像、音效、材质、字体等资源 |
| Style and Feel | 操作流畅性、反馈、细节打磨 |
| Story and Concept | 世界观、剧情走向、角色设计 |
| Engine and Architecture | 引擎模块化、数据驱动、插件系统 |
| Scripting and Customization | Lua、Python、可扩展事件系统 |
| Porting and Distribution | 多平台支持（PC/手机/主机）、打包、部署 |
| Graphics | 渲染管线、图形 API（OpenGL/Vulkan/DirectX） |
| Music | 背景音乐、动态切换 |
| Sounds | 音效反馈、3D 声场、节奏设计 |
总结：
游戏开发是一个 高度综合、极具挑战、同时又非常 有成就感和乐趣 的编程方向。
你不仅在写代码，也在讲故事、打造世界、创造体验。
这是对“为什么游戏开发选择 C++？（Game development: why C++?）”的核心解释：
为什么游戏开发用 C++？
1. 高效：零成本抽象 + 低层控制能力
Efficient: zero-cost abstractions and “low-level” code
- C++ 提供接近底层硬件的控制：内存管理、位操作、SIMD 等；
- 同时拥有高级抽象能力（模板、RAII、STL）——如果你不用，就不会付出任何运行时代价（zero-cost abstraction）；
- 非常适合对性能要求极高的实时场景（如图形渲染、物理模拟、AI、音频等）；
- Unreal Engine 就是 C++ 写的；Unity 的核心也是用 C++ 实现的。
2. 可移植性强：标准代码可跨平台
Portable: standard-compliant code can target many architectures
- 遵循 C++ 标准的代码可在不同平台之间轻松迁移：
- Windows / Linux / macOS / Android / iOS / 各类主机平台；
- 大型游戏往往需要支持多个平台，C++ 是主流跨平台解决方案；
- 各大游戏引擎也为 C++ 提供良好的跨平台支持。
3. 生态丰富：大量成熟库和资源
Widespread: huge number of libraries and resources available
- C++ 拥有几十年的开发历史，积累了大量稳定且高性能的第三方库：
- 图形：OpenGL、Vulkan、DirectX、SDL
- 物理：Box2D、Bullet、PhysX
- 音频：OpenAL、FMOD、SoLoud
- 脚本集成：Lua、Python（通过 bindings）
- 网络：Boost.Asio、ENet、RakNet
- 教程、开源代码、Stack Overflow 问题数量巨大，学习和调试成本低。
总结：
| 优势 | 说明 |
|---|---|
| 性能 | 高效、可优化、接近硬件 |
| 控制力 | 允许手动控制内存和资源 |
| 可移植 | 一套代码跨多个平台 |
| 生态 | 工具、引擎、库、文档齐全 |
| C++ 可能不易入门，但它是专业级游戏开发中经得起时间考验的首选语言。 |
这部分内容解释了 C++11 / C++14 在游戏开发中的优势。以下是对每一类内容的详细分解和说明：
为什么选择 C++11 / C++14？
现代 C++ 为游戏开发带来了更方便、更安全、更有表现力的语言特性。
便利性、安全性、表达力增强（Convenience, safety and expressiveness）
| 特性 | 用途 |
|---|---|
initializer_list、统一初始化 {} | 更直观、统一的构造语法 |
auto | 减少冗长类型，提高可读性 |
range-based for | 更简洁遍历容器 |
lambda | 定义临时函数、回调、事件处理等 |
variadic templates | 支持不定参数模板，如事件系统 |
decltype | 获取表达式类型，模板中更灵活 |
override / final | 防止错误重写，提高代码安全性 |
enum class | 强类型枚举，避免命名冲突 |
explicit | 防止隐式转换，减少 bug |
nullptr | 类型安全的空指针 |
现代内存管理工具（Memory management）
| 工具 | 用途 |
|---|---|
std::unique_ptr / std::shared_ptr | 自动释放资源，避免内存泄露 |
offsetof | 获取成员偏移，可用于序列化或反射 |
| 工厂函数（factory functions） | 统一资源创建和管理 |
| 实体管理（entity management） | ECS（实体组件系统）构建更方便、安全 |
可能的性能提升（Possible performance improvements）
| 特性 | 用途 |
|---|---|
constexpr | 编译时计算，减少运行时代价 |
std::move | 避免不必要的复制，提高效率 |
noexcept | 函数不会抛异常，编译器可优化调用路径 |
其他增强特性（Other improvements/additions）
| 特性 | 用途 |
|---|---|
| 多线程支持（thread, async, mutex 等） | 支持并行计算、任务调度等 |
<tuple> | 多返回值、结构化数据处理 |
| 变参宏（variadic macros） | 更灵活的调试工具或日志接口 |
<random> / <chrono> | 随机数生成器、时间测量（如游戏循环 timing） |
| 泛型 lambda（C++14） | 更简洁处理不同类型的回调 |
| lambda 捕获表达式 | 更安全、灵活地捕获变量 |
auto 函数返回值 | 简化返回值类型声明 |
更宽松的 constexpr | 可用于更复杂的编译期逻辑 |
std::tuple::get<...> | 模板化访问结构数据 |
应用场景举例
- 游戏循环 timing：用
<chrono>精确测量 delta time； - 事件系统：用 lambda 和 variadic templates 定义任意事件；
- 资源管理：用
shared_ptr加factory构建资源池； - 组件系统（ECS）：利用 tuple、decltype 管理组件集合；
- AI/行为树：使用 lambda 组合行为逻辑；
- 粒子系统、图形缓冲区：用
constexpr做静态优化； - 多线程加载资源：用
std::thread/async实现异步资源加载；
Live Coding 目标说明
- 目标游戏类型：Arkanoid / Breakout（打砖块游戏）克隆版
- 实现方式：几乎从零开始编写代码
- 演示形式：一步一步展示游戏开发过程
- 目标代码量：控制在 约 200 行左右，展示简单但完整的 可玩游戏
目的总结：
- 向大家展示：C++ 也可以快速开发一个小游戏
- 即使是复杂看起来的“游戏开发”，在现代 C++（尤其 C++11/14）加持下，也能变得简单直接
- 通过打砖块这样的经典小游戏作为例子，涵盖游戏开发的多个方面（窗口、渲染、输入、逻辑、碰撞等）
这是关于 Game Loop（游戏主循环） 的介绍：
游戏主循环的核心概念：
游戏运行时，程序不断执行一个循环，直到游戏结束。每一帧（frame）都按照以下步骤运行：
Game Loop 的三个阶段：
-
Input（输入）
- 获取玩家操作，例如键盘、鼠标、手柄等输入
-
Update（更新逻辑）
- 根据输入和游戏状态更新游戏世界
- 处理物理碰撞、AI、得分、状态变更等
-
Draw（绘制）
- 渲染场景，将游戏实体绘制到屏幕上
这种结构让游戏逻辑和渲染分离、清晰有序，是所有游戏开发中最基本也最重要的模式。
SFML（Simple and Fast Multimedia Library）的坐标系统原点（0,0）在窗口的左上角。
- X 轴 向右增加
- Y 轴 向下增加
这是典型的屏幕坐标系，和大多数2D图形库一致。
球的移动原理就是每一帧更新球的位置：
position = position + velocity * delta_time;
这里的 velocity 是一个二维向量（x和y分量），代表球在水平方向和垂直方向的速度。
每次更新位置时，将当前速度向量加到球的位置上，球就看起来“动”起来了。
velocity可以是正（向右/向下）或负（向左/向上）。delta_time是帧间时间，用于让速度和时间同步，保证运动平滑且和帧率无关。
球与窗口边界的碰撞检测，就是判断球的位置是否超出了窗口的边界。
比如，水平方向上：
- 右边界检测：
if (ball.x + ball.radius >= window.width) {// 球碰到右边界，做反弹处理，比如反转水平速度ball.velocity.x = -ball.velocity.x;
}
- 左边界检测：
if (ball.x - ball.radius <= 0) {// 球碰到左边界，反弹ball.velocity.x = -ball.velocity.x;
}
同理，垂直方向：
- 下边界：
if (ball.y + ball.radius >= window.height) {// 碰到下边界，反弹或者处理游戏结束等逻辑ball.velocity.y = -ball.velocity.y;
}
- 上边界：
if (ball.y - ball.radius <= 0) {// 碰到上边界，反弹ball.velocity.y = -ball.velocity.y;
}
ball.radius 是球的半径，使用半径判断碰撞是为了用球的中心点坐标加减半径，准确检测球体边缘是否超出窗口。
AABB（Axis-Aligned Bounding Box，轴对齐包围盒）碰撞检测：
两个矩形是否相交，主要判断它们在水平方向和垂直方向上是否有重叠。
假设有两个矩形 A 和 B：
-
A 左边界：A.left
-
A 右边界：A.right
-
A 上边界：A.top
-
A 下边界：A.bottom
同理，B 也有对应的边界。
碰撞条件：
两个矩形碰撞，必须满足： -
水平方向重叠：
A.right > B.left且A.left < B.right -
垂直方向重叠：
A.bottom > B.top且A.top < B.bottom
如果这两个条件都满足，就说明矩形 A 和矩形 B 有交集（碰撞）。
计算重叠量：
- 水平重叠量 =
min(A.right, B.right) - max(A.left, B.left) - 垂直重叠量 =
min(A.bottom, B.bottom) - max(A.top, B.top)
通常在碰撞检测后，这些重叠量用来做响应，比如调整物体位置、反弹方向等。
球和挡板碰撞的要点：
- 当球碰到挡板时，不只是简单地反弹（Y方向速度反向），
- 还根据球击中挡板的位置调整X方向的速度，控制球的左右方向。
例如： - 如果球碰到了挡板的左半部分，球的X速度变为向左（负值）
- 碰到右半部分，X速度变为向右（正值）
这样做可以让球的运动更有趣，玩家可以用挡板的不同部分“控制”球的方向。
球与砖块碰撞时的速度变化逻辑：
- 根据球碰撞砖块的方向（是从左、右、上还是下碰撞）来决定改变球的速度分量（X或Y方向）。
- 如果球从砖块左边或右边撞上，反转X方向速度。
- 如果球从砖块上方或下方撞上，反转Y方向速度。
通常会通过计算重叠区域（overlapRight、overlapLeft、overlapTop、overlapBottom）来判断具体是哪个方向的碰撞，从而调整速度。
游戏里各种对象的关系：
- Entity 是基类，所有游戏对象都继承自它。
- Rectangle 和 Circle 是 mix-in 类，用来给实体赋予形状特征（矩形或圆形）。
- 具体游戏对象类如 Paddle（挡板）、Brick（砖块）、Ball（球）继承自 Entity，并可能混入 Rectangle 或 Circle。
游戏代码的整体架构：
- Game：游戏主控类，负责游戏的整体流程和状态管理。
- Manager：负责管理实体，比如创建、更新、销毁游戏对象。
- Entities：游戏中的所有实体对象，如球、挡板、砖块等。
- Grouped entities：实体的分组管理，方便批量操作，比如所有砖块在一个组里。
