Перейти к основному содержимому

5.06. Разработка игр с C++

В РАЗРАБОТКЕНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ОБЯЗАТЕЛЬНО
Разработчику Архитектору

Разработка игр с C++​

Разработка игр на языке C++ представляет собой один из самых зрелых, мощных и гибких подходов к созданию интерактивных программ. Этот путь позволяет строить проекты любой сложности — от простейших консольных развлечений до коммерческих AAA-игр, которые выходят на миллионы пользователей. Язык C++ обеспечивает прямой контроль над аппаратными ресурсами, высокую производительность и возможность глубокой оптимизации, что делает его предпочтительным выбором для игровой индустрии на протяжении десятилетий.

Почему C++?​

C++ стал стандартом в игровой разработке благодаря сочетанию низкоуровневого доступа к памяти и высокоуровневых абстракций. Он позволяет писать код, который работает максимально близко к железу, но при этом сохраняет структурированность и читаемость за счёт объектно-ориентированного подхода, шаблонов и других возможностей. В отличие от языков с автоматическим управлением памятью, C++ даёт разработчику полную ответственность за распределение и освобождение ресурсов, что критично для поддержания стабильной частоты кадров и предсказуемого поведения игры.

Производительность — не единственное преимущество. Многие профессиональные игровые движки, такие как Unreal Engine, CryEngine, Amazon Lumberyard и RAGE (на котором построены такие игры, как Grand Theft Auto V и Red Dead Redemption 2), написаны целиком или частично на C++. Это означает, что знание этого языка открывает доступ к внутренним механизмам этих систем, позволяет писать собственные компоненты, модифицировать поведение движка и добиваться максимальной эффективности даже в самых требовательных сценариях.

С чего начать: минимальный набор знаний​

Многие начинающие разработчики ошибочно считают, что для создания игр на C++ требуется освоить весь язык целиком — шаблоны, множественное наследование, метапрограммирование и прочие продвинутые темы. На практике это не так. Для первых шагов достаточно понимания базовых конструкций:

  • Переменные — именованные области памяти, в которые можно записывать значения.
  • Условные операторы — конструкции, позволяющие выполнять разные участки кода в зависимости от выполнения условия.
  • Циклы — повторяющиеся блоки кода, необходимые для реализации игрового цикла.
  • Функции — переиспользуемые фрагменты логики.
  • Метки и переходы — хотя использование goto в профессиональной разработке крайне редко, в обучающих целях и в очень простых играх он может служить основой управления потоком выполнения.

На удивление, даже такой минимум позволяет создавать полноценные игры. Примеры показывают, что даже без классов, указателей или STL можно написать функциональную игру, если есть подходящая библиотека для работы с графикой, вводом и звуком. Главное — это не уровень владения языком, а умение применять имеющиеся знания для решения конкретной задачи.

Библиотеки: мост между кодом и экраном​

Стандартная библиотека C++ не содержит средств для отображения графики, воспроизведения звука или обработки нажатий клавиш. Это не недостаток, а особенность: C++ проектировался как универсальный язык, а не как средство для мультимедийных приложений. Поэтому для создания игр необходимо подключать внешние библиотеки.

Существует несколько уровней инструментов, которые можно использовать:

1. Базовые мультимедийные библиотеки​

Это легковесные, часто однозаголовочные (header-only) или легко подключаемые библиотеки, предоставляющие минимальный набор функций:

  • SDL (Simple DirectMedia Layer) — кроссплатформенная библиотека для создания окон, обработки ввода, воспроизведения звука и рендеринга 2D-графики.
  • SFML (Simple and Fast Multimedia Library) — более современная альтернатива SDL с удобным C++ API, ориентированная на простоту использования.
  • GLFW — специализированная библиотека для создания OpenGL-контекста и обработки ввода, чаще используется в 3D-проектах.

Эти инструменты идеальны для обучения, экспериментов и небольших проектов. Они не навязывают архитектуру, позволяя разработчику самому решать, как организовать логику игры.

2. Комплексные библиотеки «всё-в-одном»​

Некоторые библиотеки стремятся предоставить всё необходимое «из коробки»:

  • raylib — именно такой пример. Это простая, но мощная библиотека, написанная на чистом C, которая включает в себя графику (2D и 3D), звук, шрифты, физику, загрузку моделей и даже базовый GUI. raylib не требует сложной настройки, не зависит от внешних библиотек и отлично подходит для быстрого прототипирования. Её девиз — «просто пиши код», и она действительно соответствует этому обещанию.

3. Профессиональные движки​

Для серьёзных проектов чаще всего выбирают готовые движки:

  • Unreal Engine — один из самых мощных коммерческих движков, полностью написанный на C++. Он предоставляет визуальный редактор, систему частиц, физический движок, анимацию, сетевую поддержку и многое другое. Хотя Unreal Engine также поддерживает визуальное программирование через Blueprints, настоящая мощь раскрывается при использовании C++ для написания игровой логики.
  • Godot — хотя основной язык Godot — GDScript, он также поддерживает C++ через нативные модули, но это уже продвинутый путь.
  • Cocos2d-x, Ogre3D, Irrlicht — другие движки с поддержкой C++, каждый со своими особенностями и целевой аудиторией.

Выбор между «писать всё самому» и «использовать движок» зависит от целей. Если цель — научиться основам, понять, как устроена игра изнутри, то стоит начать с SFML или raylib. Если цель — создать коммерческий продукт, то Unreal Engine будет более разумным выбором.

Архитектура игры: игровой цикл и компоненты​

Любая игра, независимо от жанра и платформы, построена вокруг игрового цикла — бесконечного процесса, который повторяется снова и снова, пока игра запущена. Каждая итерация цикла обычно включает три этапа:

  1. Обработка ввода — чтение состояния клавиатуры, мыши, контроллера или сенсорного экрана. Важно, чтобы ввод был неблокирующим: программа не должна останавливаться и ждать нажатия, как это происходит при использовании std::cin. Вместо этого она проверяет, какие кнопки нажаты прямо сейчас, и реагирует мгновенно.
  2. Обновление состояния — изменение позиций персонажей, проверка столкновений, обновление ИИ, таймеров, очков и других игровых переменных.
  3. Отрисовка — вывод текущего состояния на экран. Это может быть текст в консоли, 2D-спрайты или сложная 3D-сцена.

Помимо цикла, современные игры часто используют компонентную архитектуру или ECS (Entity-Component-System). В такой модели:

  • Сущность (Entity) — это просто уникальный идентификатор.
  • Компонент — данные, описывающие свойства сущности (позиция, скорость, здоровье).
  • Система — логика, которая обрабатывает компоненты определённого типа (например, система физики обрабатывает все компоненты скорости и позиции).

Такой подход обеспечивает гибкость, масштабируемость и удобство тестирования. Библиотеки вроде EnTT, Flecs или EntityX предоставляют готовые реализации ECS для C++.

Графика, звук, физика: ключевые подсистемы​

Даже в простой игре присутствуют несколько взаимосвязанных подсистем:

Графика​

Рендеринг — одна из самых сложных областей. Для 2D достаточно SFML или raylib. Для 3D потребуется работа с OpenGL, Vulkan или DirectX — низкоуровневыми API, требующими глубокого понимания конвейера рендеринга. Чтобы упростить задачу, используют промежуточные библиотеки:

  • bgfx — кроссплатформенный рендерер, скрывающий различия между API.
  • DiligentEngine, LLGL — современные обёртки над графическими API.
  • Filament — физически корректный рендерер от Google.

Для загрузки 3D-моделей применяется assimp — библиотека, поддерживающая десятки форматов, от OBJ до glTF.

Звук​

Простое воспроизведение можно реализовать через SDL_mixer или встроенные средства raylib. Для продвинутого аудио — пространственный звук, эффекты, микширование — подойдут:

  • OpenAL Soft — программная реализация 3D-аудио.
  • miniaudio — лёгкая, кроссплатформенная библиотека.
  • Soloud — ориентирована на игры, поддерживает DSP-эффекты.

Физика​

Столкновения, гравитация, импульсы — всё это требует математического моделирования. Вместо самостоятельной реализации используют готовые движки:

  • Box2D — для 2D-физики.
  • Bullet Physics — для 3D, используется в Hollywood и AAA-играх.
  • Chipmunk2D, PlayRho — альтернативы Box2D.

Математика​

Игровая логика постоянно оперирует векторами, матрицами, кватернионами. Самые популярные библиотеки:

  • GLM (OpenGL Mathematics) — соответствует спецификации OpenGL, удобна для шейдеров.
  • cglm, Handmade Math — лёгкие C-библиотеки.
  • Eigen — мощная библиотека для линейной алгебры, но с большим объёмом.

Практический путь обучения​

Начинать стоит с малого. Первая игра может быть текстовой: «Угадай число», «Виселица», «Крестики-нолики». Затем — консольная «Змейка» с использованием двумерного массива и цикла. После этого — переход к графическому режиму через SFML или raylib: отрисовка спрайтов, анимация, простой ввод.

Следующий этап — добавление звука, коллизий, простого ИИ. Постепенно можно переходить к 3D, работе с камерой, освещением, шейдерами.

Важно не стремиться сразу создать шедевр. Лучше сделать десять маленьких игр, чем одну большую, которую так и не доведёшь до конца. Каждый проект — это опыт, каждая ошибка — урок.