實戰專案

本模組提供一系列實戰專案，旨在鞏固你對 C++ 及其核心優勢的理解，尤其是在與 JavaScript 比較時。這些專案強調性能、記憶體管理和系統級程式設計，讓你能夠應用在本教程中學到的概念。

專案 1：高性能資料處理系統

目標： 建立一個命令列應用程式，高效處理大型資料集，重點關注優化的資料結構和演算法。

應用關鍵概念：

• STL 容器： std::vector、std::unordered_map 用於高效的資料儲存和查找。
• STL 演算法： std::sort、std::transform、std::accumulate 用於資料操作。
• 記憶體管理： 高效使用堆疊與堆積，最小化分配。
• 性能優化： 編譯器標誌、快取友好設計、潛在的多執行緒。

情境： 讀取一個包含數值資料的大型 CSV 檔案，執行計算（例如，每列的平均值、總和、標準差），根據條件篩選資料，並將結果寫入另一個檔案。

專案 2：簡單遊戲引擎

目標： 開發一個基本的 2D 遊戲引擎或一個簡單的遊戲（例如，基於控制台的文字冒險遊戲或使用 SDL/SFML 等函式庫的簡單圖形遊戲），以了解遊戲循環、渲染和事件處理。

應用關鍵概念：

• 物件導向程式設計： 遊戲物件（玩家、敵人、物品）的類別、繼承。
• 指標/引用： 管理遊戲實體，可能使用智能指標進行資源管理。
• 性能優化： 遊戲循環效率、渲染優化。
• 記憶體管理： 處理遊戲資產和動態物件。

情境： 建立一個簡單的遊戲，其中角色在網格上移動，與物件互動，並遇到敵人。重點關注核心遊戲循環、輸入處理和基本渲染。

專案 3：系統工具開發

目標： 建立一個與作業系統互動的命令列工具，演示檔案系統操作、行程管理或網路診斷。

應用關鍵概念：

• 檔案 I/O： 讀取/寫入檔案、目錄操作。
• 系統呼叫： 直接與作業系統互動（例如，fork、exec、stat）。
• 錯誤處理： 系統級故障的穩健錯誤報告。
• 跨平台考量： 如果目標是多作業系統支援。

情境： 建立一個工具，列出目錄中的檔案，搜尋特定檔案類型，或監控系統資源（例如，CPU 使用率、記憶體使用率）。

專案 4：網路伺服器

目標： 開發一個簡單的網路伺服器（例如，基本的 HTTP 伺服器或自訂 TCP 伺服器）來處理用戶端連線和資料交換。

應用關鍵概念：

• 網路程式設計： 通訊端點、TCP/UDP 協定。
• 並發/多執行緒： 同時處理多個用戶端連線。
• 錯誤處理： 穩健的網路錯誤管理。
• 記憶體管理： 管理網路緩衝區和用戶端資料。

情境： 建立一個伺服器，監聽特定埠，接受用戶端連線，從用戶端接收資料，處理資料，並將回應傳回。例如，一個簡單的聊天伺服器或鍵值儲存伺服器。

專案架構設計

對於每個專案，請考慮以下架構方面：

• 模組化： 將專案分解為更小、更易於管理的組件（類別、函式、檔案）。
• 關注點分離： 確保程式碼的不同部分處理不同的職責。
• 設計模式： 適當應用相關的設計模式（例如，單例、工廠、觀察者）。
• 錯誤處理策略： 實作一致的錯誤處理方法（例外、錯誤碼）。
• 測試策略： 規劃單元測試和整合測試。

性能優化實踐

在這些專案中，積極應用學到的性能優化技術：

• 定期分析： 使用分析工具識別瓶頸。
• 選擇高效的資料結構： 根據存取模式和性能需求選擇 STL 容器。
• 最小化動態分配： 優先使用堆疊分配或智能指標，並重複使用記憶體。
• 快取感知： 設計資料結構和存取模式以實現快取友好。
• 並發： 適當利用多執行緒處理可並行化的任務。

部署和發布

考慮部署 C++ 應用程式的步驟：

• 編譯： 使用適當的優化標誌編譯發布版本。
• 依賴項： 管理外部函式庫（例如，使用 Conan、vcpkg 等套件管理器）。
• 跨平台建置： 為不同的作業系統設定建置系統（例如，CMake）。
• 打包： 建立安裝程式或可部署的壓縮檔。

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練習題：

1. 對於高性能資料處理系統專案，你將如何選擇 std::vector 和 std::list 來儲存資料，為什麼？
2. 在簡單遊戲引擎專案中，你將如何處理使用者輸入並更新遊戲狀態，使其既響應又高效？
3. 開發網路伺服器時，同時處理多個用戶端連線的關鍵考量是什麼？

專案構想 (進階)：

• 自訂記憶體分配器： 為你的其中一個專案中的特定資料結構實作自訂記憶體分配器，以更深入地控制記憶體管理並可能提高性能。
• 基準測試工具： 建立一個小型基準測試工具，以測量不同 C++ 演算法或資料結構之間的性能。
• 外掛程式系統： 為你的其中一個應用程式設計一個簡單的外掛程式系統，允許動態新增功能。