一、简介

1 游戏引擎的定义及作用

游戏引擎是用来设计、开发和构建计算机游戏的软件框架。它们由一些基本的工具和程序构成，可帮助游戏设计师和开发者轻松地创建、管理和优化游戏。基本上，游戏引擎是实现游戏的所有技术的一个集合。

2 现代C++特性的应用

现代C++（指C++11、C++14和C++17）为游戏引擎的开发提供了强大的功能和更好的性能。通过这些新特性，我们可以更好地实现许多游戏引擎的核心功能，例如渲染、物理模拟和碰撞检测等。

3 本文目的和意义

本文的主要目的是介绍现代C++特性在游戏引擎中的应用和优化并探讨它对游戏引擎性能以及开发人员的生产力影响

二、现代C++特性概述

1 C++11、C++14、C++17的新特性

C++11、C++14和C++17引入了许多新的特性，包括局部类型推导、Lambda表达式、constexpr函数、右值引用、智能指针和可变参数模板等

2 常用现代C++特性介绍

2.1 智能指针

智能指针是一种能够自动管理动态内存的C++对象。它们可以帮助让我们更轻松地管理指针，避免了一些常见的错误（例如内存泄漏、多次释放同一块内存等）。

#include <memory>

auto ptr = std::make_unique<int>(42); // 创建int类型的智能指针

2.2 Lambda表达式

Lambda表达式是一种能够创建匿名函数的语法。它们可以让我们更简单地创建一些简单的功能对象，而不必依赖于繁琐的函数指针或函数对象。

auto func = [](int x, int y) {
    return x + y; }; // 创建一个Lambda表达式

2.3 模板特化与偏特化

模板特化和偏特化是一种在特定类型参数应用下优化模板代码的机制。它们可以帮助程序员更好地优化程序的性能。

template<class T>
class MyClass {
   };

template<>
class MyClass<int> {
   }; // int类型的特化版本

2.4 可变参数模板

可变参数模板是一种能够接受任意数量参数的模板。这使得我们能够在编写不确定参数数量的函数时更灵活。

template<typename... Args>
void myFunc(Args... args) {
   }

2.5 constexpr函数

constexpr函数是一种可以在编译时计算结果的函数。它们可以让我们更好地应用到编译期的常量计算，避免了一些运行期的性能损失。

constexpr int myFunc(int x, int y) {
    return x * y; }

constexpr int res = myFunc(2, 3); // 编译期计算结果为6

2.6 类成员函数的默认实参

类成员函数的默认实参允许我们给函数的参数提供一个默认值。这可以帮助我们更好地设计一些接口和类。

class MyClass {
   
public:
  void myFunc(int a = 42, int b = 0);
};

2.7 右值引用

右值引用是C++11新引入的特性，用来表示一个被定义为临时对象的值。它们可以为程序员提供一些高级的内存管理和优化功能。

std::string str = "Hello";
std::string&& rstr = std::move(str); // 现在str为空

2.8 std::move和std::forward

std::move和std::forward是两个用于右值引用和传递参数的函数。它们可以帮助我们更好地管理和传递对象，以实现更好的性能。

void myFunc(std::string&& str) {
   
  someOtherFunc(std::move(str)); // 转移str的所有权
}

template<typename T>
void foo(T&& arg) {
   
  someOtherFunc(std::forward<T>(arg)); // 完美转发
}

2.9 for循环中的迭代器与auto关键字

C++11引入了一个新的for循环形式，可以帮助我们更灵活地使用容器和迭代器。

for (auto&& item : myVec) {
   } // 遍历容器的所有元素

for (auto it = myVec.begin(); it != myVec.end(); ++it) {
   } // 遍历容器的所有元素

三、实践应用：现代C++特性在游戏引擎中的应用

在游戏引擎中现代C++特性的应用非常广泛，可以帮助我们优化性能，简化代码和提高开发效率。在这一部分，我们将介绍在游戏引擎中使用各种现代C++特性的场景。

1. 现代C++特性在游戏引擎的优化中的应用

1.1 使用智能指针管理内存

在游戏引擎中内存管理是一个非常重要的话题。内存泄漏和悬空指针等问题常常会给游戏的开发者带来很大的麻烦。而C++11标准引入的智能指针可以很好地解决这些问题，并能保证代码的安全性和可维护性。

智能指针使用示例：

#include <memory>

struct Entity 
{
   
    int id;
    std::unique_ptr<int> data;
    Entity(int id): id(id), data(new int[id]) {
   }
};

void foo()
{
   
    std::unique_ptr<Entity> entity(new Entity(42));
    // ...
}

1.2 constexpr函数在编译期的计算

在编写游戏引擎时通常需要进行许多数学计算，例如向量的加减乘除、矩阵的转换等。为了在运行时得到高效的计算结果，我们可以利用C++11中引入的constexpr函数，在编译期进行一些简单的计算。

constexpr函数使用示例：

#include <iostream>

constexpr int Factorial(int n) 
{
   
    return n <= 1 ? 1 : Factorial(n-1) * n;
}

int main() 
{
   
    constexpr int res = Factorial(6);
    std::cout << res << std::endl;
}

1.3 使用可变参数模板处理不同数目的参数

在游戏引擎中需要处理的函数通常会有不同的参数数目。为了更好地应对这种情况，我们可以使用C++11中引入的可变参数模板。

可变参数模板使用示例：

#include <iostream>

template<typename... Args>
void Log(const char* format, Args... args) 
{
   
    printf(format, args...);
}

int main() 
{
   
    Log("%d + %d = %d\n", 1, 2, 3);
    Log("%s - %s = %d\n", "apple", "pen", 0);
}

2. 现代C++特性在游戏引擎的开发中的应用

2.1 Lambda表达式在游戏事件的处理中的应用

在游戏开发中事件处理通常是一个非常重要的环节。而C++11引入的Lambda表达式，可以让我们更方便地对事件进行处理，从而提高开发效率。

Lambda表达式使用示例：

#include <functional>

void OnButtonClick(std::function<void()> action) 
{
   
    //...
    action();
}

int main() 
{
   
    OnButtonClick([] {
   
        printf("Button clicked\n");
    });
}

2.2 模板特化与偏特化在游戏物理引擎中的应用

物理引擎是游戏引擎中的一个非常关键的部分，负责处理物体的运动和相互之间的碰撞等。C++11中引入的模板特化和偏特化技术，可以帮助我们更好地处理一些复杂的物理计算，提高程序的性能和可维护性。

模板特化与偏特化使用示例：

#include <iostream>

template<typename T>
struct Vector3 
{
   
    T x, y, z;
};

template<typename T>
T Dot(const Vector3<T>& lhs, const Vector3<T>& rhs) 
{
   
    return lhs.x * rhs.x + lhs.y * rhs.y + lhs.z * rhs.z;
}

// 模板特化
template<>
float Dot(const Vector3<float>& lhs, const Vector3<float>& rhs) 
{
   
    return Dot<double>(lhs, rhs);
}

int main() 
{
   
    Vector3<float> v1 = {
    1.0f, 2.0f, 3.0f };
    Vector3<float> v2 = {
    4.0f, 5.0f, 6.0f };
    float res = Dot(v1, v2);
    std::cout << res << std::endl;
}

2.3 右值引用在游戏引擎的性能优化中的应用

在游戏引擎中性能往往是一个非常关键的问题。而右值引用，则可以帮助我们更好地处理一些复杂的数据结构，提高程序的性能。

右值引用使用示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

std::vector<int> GetVector() 
{
   
    std::vector<int> vec = {
    1, 2, 3, 4, 5 };
    return vec;
}

int main() 
{
   
    auto vec1 = GetVector();  // 普通复制
    auto vec2 = std::move(GetVector());  // 移动
    std::cout << vec1.size() << std::endl;  // 5
    std::cout << vec2.size() << std::endl;  // 5
}

2.4 使用auto关键字简化代码

在游戏引擎的开发中，经常需要定义大量的类型和变量，并且它们的类型通常都很复杂和冗长。而C++11中引入的auto关键字可以帮助我们省略掉一些冗长的类型信息，让代码更加简洁。

auto关键字使用示例：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() 
{
   
    auto v1 = std::vector<int>({
    1, 2, 3 });  // 推导类型为 std::vector<int>
    auto v2 = v1.size();  // 推导类型为 size_t
    std::cout << v1.size() << std::endl;  // 3
}

四、小结

在本文介绍了现代C++特性在游戏引擎开发中的应用，包括在游戏引擎的优化方面、开发方面等方面的应用。其中包括智能指针、constexpr函数、可变参数模板、Lambda表达式、模板特化与偏特化、右值引用和auto关键字等特性的使用。这些特性可以帮助我们更好地处理计算、内存管理、事件处理、数据结构等方面的问题，提高代码的性能、可维护性和开发效率。

当然随着C++标准的不断更新和完善，还会有更多的现代C++特性被引入到游戏引擎的开发中。对于游戏引擎的开发者而言，不断学习和掌握这些特性，将对其代码的质量和效率产生极大的推动作用。

希望本文可以为广大开发者提供一些有价值的参考，让我们一起推动游戏引擎的不断发展和创新！