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THUAI6/CAPI/cpp/README.md

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CAPI: cpp

简介

C++ 通信组件与选手接口

目标

基本目标

  • 基于 Protobuf 与 gRPC，为客户端提供 C++ 通信组件
  • 为选手提供游戏接口

重要目标

  • 理解 RPC 的工作原理，使用 gRPC 完善通信逻辑
  • 将通信逻辑与游戏逻辑分离开，便于日后复用
  • 客户端不对游戏人数、观战人数做出任何限制，这些方面全都由服务器决定
  • 改进选手接口，思考如何强制禁止选手一直占用 CPU 而导致 CPU 占用过大的问题。

提高目标

  • 提供其他语言的接口：Python、Java、Rust ......

统一约定

  • 主要使用现代 C++ 进行编程
  • 代码应当能够同时运行在 Windows 10 平台和 Linux 平台上。Windows 平台下采用 MSVC 作为编译工具，Linux 平台采用 GCC 作为编译工具
  • Windows 下的开发工具使用 Visual Studio 2019 或 Visual Studio 2022，语言标准采用 C++17 和 C17 （MSVC 编译选项 /std:c++17; /std:c17），并且应同时在 x64 平台的 Debug 与 Release 模式下正确编译并运行
  • Linux 下 C 语言编译工具使用 gcc，语言标准为 -std=c17；C++ 编译工具使用 g++，语言标准为 -std=c++17。优化选项为 -O2，生成 64 位程序 -m64，并编写相应的 Makefile

注意事项

  • 与逻辑组共同商议通信协议
  • Visual Studio 新建的 C++ 代码文件默认字符编码是 GB2312、默认缩进方式是 TAB，应该注意手动改成 UTF-8 和 空格缩进
  • 了解 Visual Studio 的项目属性配置，例如第三方库的链接、预定义宏等
  • 使用现代 C++ 特性进行编程，避免不安全的旧特性，例如：
    • 尽量避免裸指针，多使用智能指针
    • 禁止使用 ::operator new、::operator new[]；使用 std::make_unique、std::make_shared、std::vector 等代替；
    • 禁止使用宏作为编译期常量；使用 constexpr 代替；
    • 善用 attribute，例如 [[nodiscard]]、[[fallthrough]]、[[noreturn]] 等；
    • C 语言接口需要基于 RAII 原则进行封装，通过对象的生命周期来关系资源的申请和释放；
    • ……
  • 了解 C、C++ 预处理、编译、链接的基本概念
  • 注意模块化、单元化，降低各个类、各个模块之间的耦合。特别注意避免相互依赖、环形依赖的问题
  • 遵循头文件（.h、.hpp）的编写规范
    • 杜绝头文件相互包含与环形包含
    • 头文件中最好同时写 #pragma once 以及保护宏，而 cpp 中不要写这两个东西
    • 头文件中禁止 using namespace std！！！也不允许在任何自定义的名字空间中 using namespace std！！！
    • 头文件和 cpp 文件各司其职，代码写在改写的位置
    • 禁止 include .cpp 或 .c 文件
  • 避免忙等待，注意线程安全，做好线程同步
  • 善于使用 Google 并使用英文搜索，善于查阅 Microsoft Learn、cppreference、StackOverflow 以及第三方库官方文档等；不应轻信 CSDN 等劣质博客社区以及博客园、简书等质量参差不齐的博客社区，对其内容需全方位多角度仔细求证方可相信

开发纪实

C++ SDK Windows 环境配置

配置方法

起初 C++ 开发时使用 Linux 开发，但在选手包发布 Windows SDK 时遇到诸多问题。Windows 平台的 C++ 接口使用 Visual Studio 进行环境配置。期间遇到诸多问题，配置环境方法如下：

  1. 更新 Visual Studio：由于届时要求选手与开发组使用完全相同版本的 Visual Studio，否则可能会出现找不到一些标准库内置的符号的问题，因此在选手包发布前夕，将开发组的 Visual Studio 升级到最新版后执行步骤 2
  2. 编译 gRPC：分别编译 Debug 和 Release 的 gRPC 依赖库各一份。方法有二：
  • 方法一：根据 gRPC Windows 生成教程 在本地分别编译一份 Debug 和 Release（即在 CMake config 参数中分别指定 Debug 和 Release 各生成一份 Visual Studio 工程）的 x64 平台的依赖库。注意使用静态编译，根据此原则不生成 gRPC 和 Protocol Buffers 本身的 DLL，即只有 .lib 无 .dll（但是可能会有一些其依赖的第三方库的 .dll），将 Debug 和 Release 生成的 .lib 和 .dll（如果有的话）均分别保存
  • 方法二：根据 gRPC vcpkg 安装教程 安装 x64-windows-static 的 gRPC，即执行 vcpkg install grpc:x64-windows-static，以生成静态库（注意 vcpkg 需要调用本地的 Visual Studio 进行现场编译和生成，所以所耗时间可能较长，请耐心等待；并且此步骤由于需要从 GitHub 上现场拉源代码，因此可能需要科学上网）。然后进入 vcpkg 的安装目录，将里面安装的 gRPC 的所有 Debug 和 Release 的 .lib 和 .dll（如果有的话）分别保存一份
  1. 提取 gRPC 头文件：参考 gRPC 所有所需头文件将头文件放入本仓库的相应目录内，以供使用（记得放该版本对应的 LICENSE x）。
  2. 配置 .vcxproj 和 .vcxproj.filters：.vcxproj 用于配置项目的编译与链接，.vcxproj.filters 用于配置 Visual Studio 的筛选器的结构（即解决方案资源管理器的结构）。参考 THUAI6 的 API.vcxproj 和 API.vcxproj.filters。基本上可以直接无脑复制过来，不用做什么修改。如果非要在 Visual Studio 里手动配置，需要配置以下几项（以下的链接均以 x64 Release 为例，Debug 的相应配置在相应链接的上面一些的位置）：
  • 添加头文件和源文件：将自己编写的 .h 和 .cpp 文件加入到项目中（包括 protoc 生成的那些 .pb.h 和 .pb.cc，但这些最好参照 API.vcxproj.filters 的组织结构各单独开一个子筛选器放进去以使得 Visual Studio 打开时更美观）
  • 在项目属性中的 Debug 和 Release 的“C/C++”的“语言”中均设置 C++ 语言标准为 /std:c++17、C 语言标准为 /std:c17
  • 在项目属性中的 Debug 和 Release 的附加编译选项（即在“C/C++”的“命令行”）里均增加 /source-charset:utf-8 选项，以保证编译时编译器使用 UTF-8 编码进行源文件读取（注意这个与 Visual Studio 的高级保存选项不同，高级保存选项决定了文件的保存时的保存编码，而非编译器编译时读取使用的编码）
  • 设置头文件的搜索路径：在项目属性的“C/C++”的首页的“附加包含目录”中设置 Debug 和 Release 下的搜索头文件的根路径，注意 Windows 下的路径分隔符最好使用 \ 而非 /，负责可能会出现一些玄学问题
  • 设置生成方式为静态生成：在项目属性的“C/C++”的“代码生成”的“运行库”中，Debug 下设置其为“多线程调试（/MTd）”，Release 下设置其为“多线程（/MT）”
  • 将之前提取的 Debug 和 Release 的 .lib 分别放在项目中的单独的文件夹里（THUAI6 使用的是 CAPI\cpp\lib\debug 和 CAPI\cpp\lib\release），并使用 .gitignore 忽略掉
  • 在项目属性的“链接器”的首页的“附加库目录”中分别配置 Debug 和 Release 的 .lib 文件的相应路径
  • 在项目属性中的“链接器”的“输入”的“附加依赖库”中分别配置 Debug 和 Release 所需要链接的库的文件名。注意 Debug 和 Release 链接的库可能并不完全相同，建议在 cmd 中使用 dir /b 将其自动列举并复制。还需要注意需要手动指定链接一些 Windows 自带的 lib，例如 Ws2_32.lib、Crypt32.lib、Iphlpapi.lib 等。如果生成过程中不通过，表示找不到一些函数，则在 Google 中搜索该函数，如果发现是 Windows 系统的 API 函数则会搜到微软官方文档 的对应链接的页面，则在页面最下方会表明它所在的 .lib（例如 CreateProcessA 的页面），加进去即可
  • 然后进行生成解决方案。如果感觉编译的速度过慢，可以在项目属性的 C/C++ 的“所有选项”中搜索并行编译，并开启之（/Qpar）。不过由于 THUAI6 的疏忽，忘记开启了并行编译
  • 然后开始运行。如果提示缺少一些 DLL，可以把之前保存的 .dll 文件（如果有的话）放在与 .exe 相同的目录下。该目录为与 .sln 相同目录的（不是与 .vcxproj 相同目录的）x64\Debug 和 x64\Release
  • 如果 x64 的 Debug 和 x64 的 Release 均生成成功，那么找一台没配过的电脑再试一次
  • 随便写点 AI 代码，重新生成解决方案，确认成功后发布选手包
  • 有兴趣也可以支持一下 x86 的 Windows（x
  • 有兴趣还可以支持一下 Cygwin（x

Q&A

为什么不用 CMake

  1. 由于 CMake 生成的 Visual Studio 工程是绝对路径，因此不能将 CMake 生成的 Visual Studio 工程直接给选手，需要选手使用 CMake，增加了选手尤其是大一小白选手的负担
  2. 对 Debug 和 Release 分别编译时，需要 CMake 分别生成 Debug 和 Release 的 Visual Studio 工程，而难以使用 Visual Studio 和 MSBuild 自带的 Debug 和 Release 的切换方式，这就需要生成两份 Visual Studio 工程，对选手的测试来说也是一种麻烦

为什么不让选手用 vcpkg

  1. vcpkg 是将代码拉下来本地编译。拉代码过程需要科学上网，这对一些大一小白选手来说是个不小的负担
  2. vcpkg 编译过程极其漫长，会极大消磨选手的耐心

为什么不用 CLion 配合 MinGW、MinGW-w64 等

  1. 贵校程设课大多数使用 Visual Studio。对大多数选手来说，这是最易上手的
  2. 开箱即用，方便
  3. Visual Studio 已使用多年，坑全部踩过了一遍，突然变更又要重新踩坑
  4. MinGW 已停止维护，正在维护的是 MinGW-w64，两者名称很像，选手尤其是使用百度等劣质搜索引擎或查阅 CSDN 等劣质博客安装时极易混淆
  5. MinGW 需要附加更多的其自己的依赖库如 glibc 等，此 glibc 依然依赖 msvcrt，多一层依赖库便增加了一些版本不兼容问题的风险
  6. 其与 MSVC 的 Name Mangling 的规则、ABI 等并不一致或不完全一致，增加各种不兼容问题的风险

开发人员

  • ......（自己加）