游戏引擎架构与现代C++工程实践笔记
(基于 Hazel Engine Code Review - Nathan Bags & The Cherno By Gemini)
这份笔记记录了“现代标准 C++ 规范 (RAII, Smart Pointers)”与“游戏引擎实战派 (Manual Memory, Intrusive Pointers)”在架构设计上的权衡与冲突，以及实用的工程经验。
1. 内存管理与生命周期 (Memory Management & Lifecycle)
• RAII vs. 显式生命周期控制
• 核心冲突：标准 C++ 倾向于 RAII（资源获取即初始化，析构即释放）；游戏引擎倾向于确定性控制。
• 工程经验：
• 对于引擎子系统（如 Renderer, Physics），推荐使用显式的 Initialize() 和 Shutdown() 方法。
• 原因：析构函数的隐式调用顺序在复杂依赖下（例如：必须在销毁 GPU Context 前销毁 Texture）极难控制和调试。显式调用能确保“启动”和“关闭”顺序严格对称。
• 二段式构造 (Two-Phase Initialization)
• 原则：构造函数应轻量化，严禁在构造函数中执行可能失败的“重操作”（如分配显存、创建窗口句柄）。
• 实践：采用 Constructor (设置参数) + Init() (实际资源分配) 的模式。
• 移动语义 (Move Semantics) 的资源陷阱
• 风险：在实现移动赋值 (operator=) 时，直接用新资源覆盖 m_Data 指针。
• 修正：必须先释放 this 对象当前持有的资源（delete 或 Release），或者使用 std::swap 惯用法，否则会导致隐式内存泄漏。
2. 智能指针与资源所有权 (Smart Pointers & Ownership)
• 侵入式引用计数 (Intrusive RefCounting)
• 实践：引擎通常实现自定义 Ref 而非使用 std::shared_ptr。
• 优势：
1. 内存布局：对象与计数器在同一块内存，缓存友好。
2. this 安全：天然支持从 this 指针创建安全引用（无需 enable_shared_from_this）。
3. 多线程安全：配合渲染线程延迟释放资源。
• 性能优化：参数传递
• 原则：如果不涉及所有权转移（Ownership Transfer），严禁按值传递智能指针 (void Func(Ref ptr))。
• 修正：应使用 const Ref& 或原始指针，避免无谓的原子操作（Atomic Increment/Decrement）开销。
• std::function 与 std::unique_ptr 的冲突
• 问题：std::function 要求捕获的对象可复制 (Copyable)，导致无法捕获 unique_ptr。
• 方案：
• (C++23) 使用 std::move_only_function。
• (Legacy) 被迫降级为 shared_ptr 或使用原始指针（需非常小心生命周期）。
3. API 设计与数据抽象 (API Design & Abstraction)
• 静态外观模式 (Static Facade)
• 模式：如 Renderer::Begin()，内部调用单例。
• 评价：虽破坏了纯面向对象设计，但极大简化了 Client API 的易用性，适合作为库的顶层入口。
• 内存块抽象：Buffer vs std::span
• 趋势：现代 C++ 应使用 std::span (C++20) 来表达“一段不拥有所有权的连续内存”。它标准化了指针+长度的组合，且支持 Range-based for 循环。
• C API 互操作陷阱
• 致命错误：将 std::string_view::data() 直接传给 C API (如 strlen, Windows API)。
• 原因：string_view 不保证以 Null (\0) 结尾。
• 修正：必须显式转换为 std::string 或手动确保边界。
4. 现代 C++ 陷阱与最佳实践 (Best Practices)
• Lambda 捕获 this
• 规范：[=] 隐式捕获 this 在 C++20 已被弃用。
• 风险：在异步/回调中，隐式捕获的 this 可能变成悬垂指针。
• 修正：显式写出 [this] 或 [self = shared_from_this()]。
• 类型转换 (Casting)
• 原则：严禁使用 C 风格强转 (Type*)ptr。
• 理由：类型不安全且无法搜索。
• 修正：必须使用 static_cast 或 reinterpret_cast。后者虽然危险，但它在代码审查时是“可搜索的 (Grep-able)”，能快速定位所有危险的内存操作。
• 枚举优化
• 技巧：使用 using enum MyEnum; (C++20) 来简化 switch case 代码，减少冗余前缀。
5. 跨平台与并发细节
• 线程亲和性 (Thread Affinity)
• 反模式：硬编码掩码（如 1 << 3）。应根据硬件并发数动态计算掩码。
• 宽字符转换
• 反模式：直接强转 (wchar_t*)char_ptr。
• 修正：必须调用平台 API (如 MultiByteToWideChar) 进行真正的字符集转换 (UTF-8 -> UTF-16)。
总结建议： 在业务逻辑层遵守标准 C++ 规范（安全优先）；在底层引擎核心可采用侵入式设计和手动管理（性能与控制优先），但必须清楚底层的代价。
