C++ 游戏开发详细流程

第一阶段：项目规划与架构设计

关键词：系统性、模块化、可扩展性

1.1 目标明确

• 游戏类型：2D / 2.5D / 3D / VR
• 平台选择：PC、主机、移动设备
• 多人/单人：是否含网络模块（决定是否使用 socket、UDP、P2P、Matchmaking 等）

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1.2 技术栈决定

模块	技术库/接口
窗口/输入	SDL2、GLFW、WinAPI
渲染引擎	OpenGL、Vulkan、DirectX
音频系统	OpenAL、FMOD
网络通信	ENet、asio、RakNet
脚本系统	Lua、AngelScript、Python
UI 系统	Dear ImGui、自研
物理引擎	Box2D（2D）、Bullet（3D）
数学库	glm、Eigen
ECS 架构	entt、flecs、自研
构建系统	CMake

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1.3 游戏引擎设计

可选用完整的商业引擎（Unity/UE）或者部分自研、半封装框架（类似 mini-engine）

常见模块图：

mathematica复制编辑[ Game Engine ]
 ├── Application
 ├── Renderer
 ├── Input
 ├── Audio
 ├── Physics
 ├── Entity Component System (ECS)
 ├── ResourceManager
 ├── UI
 └── Scripting (Lua)

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第二阶段：模块详细设计

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2.1 主循环设计（Game Loop）

cpp复制编辑while (gameRunning) {
    processInput();    // 处理输入
    update(deltaTime); // 更新游戏状态
    render();          // 渲染场景
    swapBuffers();     // 显示帧
}

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2.2 模块详解

InputManager

• 支持键鼠/手柄输入、映射为“动作”
• 示例：isActionPressed("Jump") → 解耦输入设备

Renderer（OpenGL/Vulkan 封装）

• 支持：
  • 多个渲染管线（forward, deferred）
  • 渲染队列（根据材质排序）
  • GPU buffer 管理（VBO/UBO/SSBO）
  • 支持 PBR 材质、Shadow Mapping、后处理

ECS 架构（Entity-Component-System）

• 实体是 ID（非 OOP）
• 组件是数据（如 Transform、Render、Collider）
• 系统是逻辑处理器（如 MovementSystem）

ResourceManager

• 管理纹理、模型、音频、shader
• 支持异步加载（线程池），LRU 缓存
• 配合 JSON / YAML 格式配置资源

SceneManager

• 管理当前激活场景、切换动画、场景过渡
• 每个场景可挂载多个系统/节点/UI

PhysicsEngine

• 碰撞检测（AABB、SAT、RayCast）
• 约束系统（绳索、弹簧、关节）
• 刚体模拟（线性/角速度、力与扭矩）

AudioSystem

• 支持 3D 音效、环绕立体声
• 音量衰减、混响效果

ScriptSystem（可嵌入 Lua）

• 逻辑热更新
• 数据驱动型角色行为
• Lua-C++ 互操作绑定（如 sol2）

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⚙️ 第三阶段：开发流程组织（工程架构）

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3.1 项目目录结构建议

bash复制编辑GameProject/
├── CMakeLists.txt
├── engine/
│   ├── core/          # 日志、事件、时钟
│   ├── render/        # 渲染模块
│   ├── physics/       # 物理模块
│   ├── ecs/           # ECS架构
│   ├── resource/      # 资源加载器
│   └── scripting/     # Lua 绑定
├── game/
│   ├── main.cpp
│   └── scenes/        # 各个关卡、游戏状态
├── assets/
│   ├── textures/
│   ├── shaders/
│   └── models/
└── thirdparty/        # SDL, GLAD, glm, Bullet 等

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3.2 构建系统（CMake）

• 跨平台编译（Windows/Linux/macOS）
• 自动查找依赖库
• 分模块编译（使用 CMake targets）

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3.3 开发工具链

工具类别	推荐工具
IDE	Visual Studio, CLion
编译系统	CMake, Ninja
调试工具	gdb, RenderDoc, valgrind
热更新	Lua, DLL热加载
性能分析	Tracy, Perfetto, Intel VTune
单元测试	GoogleTest, Catch2
版本控制	Git + GitHub/GitLab

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第四阶段：测试、优化、部署

4.1 性能优化

• 批次渲染（减少 draw call）
• OpenGL 状态缓存
• 动态对象与静态对象分离
• 多线程加载资源
• 利用 GPU profiling 工具分析瓶颈

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4.2 构建与部署

• 可使用 CPack 打包
• 自动生成可执行安装器（NSIS）
• Steam SDK / itch.io 发布

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4.3 多平台支持

• 使用 SDL/GLFW 实现跨平台窗口
• 使用 CMake 提供统一接口
• 对于移动平台（Android/iOS）使用 SDL + NDK 构建交叉平台项目

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✨ 可选高级特性

• 网络模块：多人联机（客户端-服务器架构）
• AI 模块：路径寻路（A*）、行为树（BT）
• 对话系统：状态图 + 数据驱动
• 地形系统：高度图 + Chunk 管理
• 可视化编辑器：自研类似 Unity Inspector 面板

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总结（流程图）

plaintext复制编辑[需求分析] → [技术选型] → [架构设计]
    ↓
[核心模块开发] → [主循环搭建]
    ↓
[系统整合] → [资源导入]
    ↓
[游戏逻辑开发] → [AI/关卡/交互]
    ↓
[测试 + 性能优化]
    ↓
[部署 + 发布]

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✅ 提示

• 写游戏 = 写一个“实时系统 + 图形渲染 + 数据驱动逻辑”的复杂应用
• 建议从简单的框架出发逐步演进，不要一开始就追求“引擎级开发”
• 可以参考现成开源游戏引擎结构（如：GameCake、Hazel）

Demo 核心代码简化展示（main.cpp）

cpp复制编辑#include 
#include 
#include 
#include 
#include "Shader.h"
#include "Cube.h"

int main() {
    SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);
    SDL_Window* window = SDL_CreateWindow("OpenGL Game Demo", 100, 100, 800, 600, SDL_WINDOW_OPENGL);
    SDL_GLContext context = SDL_GL_CreateContext(window);
    gladLoadGLLoader((GLADloadproc)SDL_GL_GetProcAddress);

    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    Shader shader("shaders/vertex.glsl", "shaders/fragment.glsl");
    Cube cube;

    bool running = true;
    SDL_Event event;
    float angle = 0.0f;

    while (running) {
        while (SDL_PollEvent(&event)) {
            if (event.type == SDL_QUIT ||
               (event.type == SDL_KEYDOWN && event.key.keysym.sym == SDLK_ESCAPE)) {
                running = false;
            }
        }

        glClearColor(0.1f, 0.2f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

        shader.use();

        glm::mat4 model = glm::rotate(glm::mat4(1.0f), angle, glm::vec3(0.5f, 1.0f, 0.0f));
        glm::mat4 view  = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(0, 0, -5));
        glm::mat4 proj  = glm::perspective(glm::radians(45.0f), 800.f/600.f, 0.1f, 100.f);

        shader.setMat4("model", model);
        shader.setMat4("view", view);
        shader.setMat4("projection", proj);

        cube.draw();

        SDL_GL_SwapWindow(window);
        angle += 0.01f;
    }

    SDL_GL_DeleteContext(context);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();
    return 0;
}

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✨ Shader 示例（vertex.glsl）

glsl复制编辑#version 330 core
layout(location = 0) in vec3 aPos;

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main() {
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}

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Cube 类简略（Cube.h）

cpp复制编辑class Cube {
private:
    GLuint VAO, VBO;
public:
    Cube();
    void draw();
};

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✅ 下一步建议

• 加入 纹理映射
• 加入 ImGui 控制面板
• 整合 物理引擎（如 Bullet）
• 加入 ECS 架构设计（entt 库）
• 加入 粒子系统、碰撞检测、AI 逻辑