第三章 游戏软件工程基础
这一章节主要介绍了面向对象的相关概念，这对于本书的阅读及整个游戏开发都是很重要的。
3.1 重温C++及最佳实践
类和对应的实例之间存有一对多的关系。
封装(encapsulation)是指对象向外只提供有限接口，隐藏对象的内部状态和实现细节。产生"是一个(is-a)"的关系
继承(inheritance)能借着延伸现有的类去定义新的类。新类可修改或延伸现有类的数据、接口和行为。Parent称为基类(base class)或超类(superclass)，而Child称为派生类(derived class)或子类(subclass)。一些语言可以支持多重继承(multiple inheritance, MI)，但是会产生致命的菱形继承问题。C++可以使用虚继承(virtual inheritance)去掉重复祖父类的数据。
多态(polymorphism)容许采用单一共同接口操作一组不同类型的对象。
合成(composition)是指，使用一组互动的对象去完成高阶任务。产生"有一个(has-a)“和"用一个(uses-a)”
设计模式，由四人组(Gang of Four, GoF)总结的23种设计模式。常用的有单例、迭代器、抽象工厂等。而游戏工业也有自己一套设计模式，以对付渲染、碰撞、动画、音频等各领域的问题。
3.2 C/C++的数据、代码及内存
定点记法：可以随意选择整数部分及小数部分各用多少位表示。但是，它同时限制了可表示整数部分的范围及小数部分的精度。
浮点记法：小数点可以任意移动至不同位置，此位置是有指数控制的。最流行的浮点标准为IEEE-754标准。
char通常是8位，足够存储一个ASCII或UTF-8字符。
int、short、long：int是有符号整数，通常定义为32位。short多为16位，long一般也为32位，有些平台为64位。
float是IEEE-754的32位浮点数
double是IEEE-754的双精度(即64位)浮点数
bool保存真/假值，有些编译器定义为8位，有些为32位。
大于8位(1字节)的值称为多字节量。在内存中处理多字节整数由两种不同的方式，不同的微处理器会有不同的大小端模式。
对于游戏程序员来说字节序是不可忽律的问题。因为游戏通常是在英特尔CPU(小端)的PC上开发，而游戏可能执行于游戏主机，如Wii，Xbox 360，PlayStation 3——这三种主机皆使用PowerPC处理器的变种(可设置使用任意字节序，但预设是大端)
在C/C++语言中，变量和函数必须先声明(declare)再定义(define)，然后才可以使用。声明是实体的引用，而定义是实体本身。
每个C/C++的定义都有名为链接规范(linkage)的属性。外部链接的定义可被定义处以外的翻译单元看见并引用。内部链接的定义则只能被该定义所处的翻译单元看见，而不能被其他翻译单元引用。所有定义预设为外部链接。使用static关键字可以把定义改为内部链接。
无论是windows的.exe拓展名还是unix的.elf拓展名，这些可执行文件总是包含程序的部分映像(image)，程序执行时此部分映像会置于内存中。之所以称为部分映像的原因是，由于程序除了把可执行映像置于内存中，一般也会分配额外内存。
映像文件至少由以下4个段组成。
- 代码段：包含全部函数的可执行代码
- 数据段：包含全部获初始化的全局及静态变量。
- BSS段：包含所有未初始化的全局及静态变量。
- 只读数据段(rodata段)：包含程序中定义的只读变量(常量)全局变量。
全局变量——是指由所有函数及类声明外的文件作用域(file scope)定义的变量——按照是否被初始化，而决定存储于数据段或BSS段。
函数静态变量的词法作用域(lexical scope)只在其定义的函数之内(即变量的名字只能在函数内"见到")。
函数静态变量在第一次调用其函数时被初始化；文件域静态变量在main()调用前已被初始化。
当可执行程序被载入内存时，操作系统会保留一块称为程序堆栈(program stack)的内存。当调用函数时，一块连续的内存就会压入栈，此内存块称为堆栈帧(stack frame)。
堆栈帧存储3类数据：
- 堆栈帧存储调用函数的返回地址(return address)
- 堆栈帧保存相关CPU寄存器的内容
- 堆栈帧也包含函数里的所有局部变量(local variable)，或称自动变量(automatic variable)
全局和静态变量分配于可执行映像里，而局部变量则分配于程序堆栈中。为了提供动态分配功能，操作系统会维护一块内存，当运行程序调用malloc()函数时就会从中分配，稍后调用free()可把内存交还。此内存块称为堆内存(heap memory)或自由存储(free store)。
谨记class和struct的声明并不占用内存，这些声明仅是数据布局的描述。
static关键字有许多不同的含义。
- 当用于文件作用域时，static意味着变量或函数的可见性(visibility)，只有.cpp文件才能使用该变量或函数
- 当用于函数作用域时，static意味着"变量为全局，非自动，只在本函数内可见"
- 当用于struct或class声明时，static意味着"该变量非一般成员变量，而是类似于全局变量"
对象的内存布局会有对齐和包裹问题。
数据对象的对齐是指，其内存地址是否为对齐字节大小的倍数。现在许多处理器实际上只能正常地读/写已对齐的数据块，需要通过掩码(mask)和移位(shift)处理才能读写非对齐数据。
上图整个结构的大小为20字节，并非预期的18字节。这是由于在末端加进了两个字节的填充。
游戏程序员可以在结构末位显示地加上填充，使得浪费的空间更加清晰。
3.3 捕捉及处理错误
所有软件项目皆有两类基本错误状况：用户错误(user error)和程序员错误(programmer error)。
所有问题皆无银弹(no silver bullet)，程序开发者须按个别情况，判断采用哪种错误处理方法，以改善开发者的使用体验。
实现错误检测及处理
- 错误返回码：设计枚举值(enumerated value)以表明函数执行的成败。
- 异常：在游戏引擎中，有颇充分的理由去完全关掉异常处理。因为游戏主机的内存和效能都是有限的，游戏主机上的引擎大概永远不会使用异常。然而，为基于PC而开发的游戏引擎，可以安然使用异常。
- 断言(assertion)：是指一行检查表达式的代码。断言是以宏来实现的，所以如有需要，只需改写该宏，就能在代码中去除所有断言。在开发期间，断言引起的性能开销，通常可以忍受。游戏发行时，可以去除断言，取回那一点关键效能。