从Python到C++的转变之路——如何高效复现C++开源项目 || Windows || Visual Studio || 持续更新

从Python到C++的转变之路------如何高效复现C++开源项目 || Windows || Visual Studio

在许多编程开发场景中，借助开源项目是解决问题的捷径之一。开源项目不仅能为我们提供必要的背景知识，还能通过现有的项目架构，快速入手并在此基础上进行扩展。

由于pip的存在，Python的项目容易复现。相较之下，C++的项目复现起来就比较困难，因为通常涉及到多个系统依赖、动态库、静态库的配置以及复杂的编译模式等。

尽管如此，在大多数情况下，我们仍然可以借鉴Python的思维方式来应对C++项目。换句话说，从问题解决的角度来看，Python和C++在很大程度上是相通的。复现C++项目的基本流程大致如下：

1. 阅读README：首先，仔细阅读项目的README文件，了解项目的总体介绍和使用说明。
2. 分析整体项目架构：通过分析项目的文件结构和模块划分，理解项目的架构设计。
3. 配置环境依赖并运行项目：根据项目的依赖说明，配置相应的开发环境，并尝试运行项目以确保环境配置正确。
4. 分析具体函数功能：深入研究项目中的关键函数，理解其具体功能和实现原理。
5. 在此基础上实现自己的需求：基于已有的项目架构，进行功能扩展或定制开发，以满足自身的需求。

1. 阅读README文件

一个好的项目，它的README肯定是写的很清楚的，不仅帮助你理解项目的功能和设计，还能指导你如何配置环境并开始使用。

在你没有多少经验时，请一步步按着README来。

首先，我们需要知道一个标准的README包含哪些内容，以下是一个标准 C++ 项目 README 文件的结构：

1.1. 项目描述 (Description)

• 项目的名称，简洁明了，通常位于文件的顶部。
• 简短地描述项目的功能和目的。
• 说明项目使用的许可证类型（如 MIT、GPL、Apache 等）。

1.2. 编译要求 (Build Requirements)

• 详细说明项目的编译工具和环境要求。
• 比如支持的 C++ 编译器版本（如 GCC 10、Clang 12、MSVC、Qt）、操作系统平台（如 Linux、Windows、macOS）等。

1.3. 依赖项 (Dependencies)

• 列出项目所依赖的外部库或工具，例如，Boost、CMake、OpenGL 等。
• 提供安装或配置这些依赖项的指南。

1.4. 安装指南 (Installation)

• 详细说明如何安装和配置项目的步骤。
• 包括必要的依赖项、工具链要求（如编译器版本、库等），以及如何安装这些依赖。

1.5. 使用指南 (Usage)

• 说明如何编译和运行项目。
• 提供命令行示例或代码示例来演示如何使用这个项目。
• 如果有单元测试或集成测试，提供如何运行测试的说明。
• 包括运行测试的命令示例，或者是如何配置和使用测试框架（如 Google Test、Catch2 等）。

2.分析整体项目架构

与Python项目相比，C++项目在文件结构和模块管理上有显著不同。Python项目的结构通常通过文件夹和模块直接映射，而C++项目的架构通常通过头文件和源文件进行模块化管理。

在 Python 项目中，IDE（如 PyCharm）通常与操作系统的文件系统保持一致，项目的文件夹结构直接映射到 PyCharm 的项目视图中。我们可以直观地看到和操作文件系统中的目录与文件。例如：

Project/
    ├── main.py
    ├── module/
    │   ├── __init__.py
    │   ├── helper.py
    ├── requirements.txt

这种方式便于管理和浏览项目结构，且符合操作系统的文件层次，代码组织也相对直观，可以很方便地进行文件查找和调用。

在 C++ 项目中，开发环境（如 Visual Studio）并不会直接根据文件系统的目录结构来组织项目。尤其在大型项目中，C++ 的构建系统通常通过额外的配置文件（如 .vcxproj 或 CMakeLists.txt）来控制文件的编译和链接。项目的结构可能更依赖"过滤器"或虚拟层次结构。例如：

Project/
    ├── src/
    │   ├── main.cpp
    │   ├── helper.cpp
    ├── include/
    │   ├── helper.h
    ├── build/
    ├── CMakeLists.txt

在 Visual Studio 中，项目通常基于"过滤器"进行组织，这些虚拟结构并不直接反映操作系统文件系统中的物理目录。一个 C++ 项目可能会包含如下内容：

makefile复制代码my_project/
  ├── CMakeLists.txt        # 构建系统文件
  ├── README.md             # 项目说明文件
  ├── LICENSE               # 许可证文件
  ├── include/              # 公共头文件目录
  ├── src/                  # 源代码目录
  ├── bin/                  # 可执行文件目录
  ├── lib/                  # 外部库目录
  ├── build/                # 构建目录
  ├── tests/                # 测试目录
  ├── docs/                 # 文档目录
  └── tools/                # 工具目录

每个目录的功能都是为了解决特定的开发问题。

在这种结构下，源代码、头文件、外部库和构建文件都被分门别类地组织，便于维护和扩展。

当然，不同的项目，它的组织架构也会不一样。但是，分析整体框架的架构是很有必要的。

3.配置环境依赖并跑起来

C++项目的配置和编译方式常常因操作系统和开发工具而异。Windows和Linux的配置方法略有不同。

在Windows平台上，Visual Studio（VS）是最常用的C++开发环境，它支持通过.sln解决方案文件管理项目，因此不需要手动编写构建脚本。

Step 1: 打开 .sln 文件

1. 双击 .sln 文件：

   • 这会直接在 VS 中打开整个解决方案。

   • 解决方案资源管理器会展示项目的结构：

     Solution 'MySolution'
     ├── libraries
     ├── main_app
     └── external_dependencies
     

2. 检查项目配置：

   • 检查顶部工具栏，确保选择了正确的配置：

     • 平台（如 x64 或 x86）。
     • 构建模式（如 Debug 或 Release）。

---

Step 2: 构建依赖项

• 检查依赖项：

  • 如果项目有外部依赖项 ，README 通常会说明是否需要安装第三方库或工具。

  • 示例：

    Dependencies:
    - Boost: vcpkg install boost
    - OpenCV: Add 'opencv_world.lib' to Linker > Input > Additional Dependencies

• 查看生成顺序：

  • README 通常会说明模块的构建顺序。

  • 示例：

    Build order:
    1. Build 'libraries'
    2. Build 'main_app'

---

Step 3: 依次生成项目

1. 右键子项目并生成：

   • 在解决方案资源管理器中，右键子项目（如 libraries），点击"生成"或"重新生成"。
   • VS 会自动按照 .vcxproj 中的配置编译代码，并生成 .lib 或 .dll 文件。

2. 检查生成输出：

   • 生成完成后，检查 VS 的"输出"窗口，确保没有错误。

3. 注意构建顺序：

   • 如果项目之间有依赖关系（例如 main_app 依赖 libraries），你需要先生成 libraries。

   • 自动生成依赖：如果 .sln 文件已经正确配置了项目依赖关系，直接生成整个解决方案，VS 会按照依赖顺序自动生成。

---

Step 4: 运行主项目

1. 设置启动项目：

   • 在解决方案资源管理器中，右键主项目（如 main_app），选择"设为启动项目"。

2. 运行项目：

   • 点击"调试 -> 开始调试 (F5)"运行项目。

   • 检查程序是否运行正常。

注：外部依赖项如何处理？

外部依赖项指的是项目中依赖的第三方库或工具，而不是项目本身的代码。例如：

• 常见外部库 ：
  • Boost：提供数据结构、算法、正则表达式等通用功能。
  • OpenCV：用于图像处理和计算机视觉。
• 依赖的形式 ：
  • 头文件 （*.h）：声明库中提供的接口。
  • 静态库文件 （*.lib 或 *.a）：编译时链接到程序。
  • 动态库文件 （*.dll 或 *.so）：运行时加载，提供动态链接的功能。

情况 1: 已集成依赖项

• 如果依赖项（如第三方库）已经由原作者通过工具（如 vcpkg）或路径配置集成，你无需额外操作。
• VS 会根据 .vcxproj 的设置自动加载库。

情况 2: 手动配置依赖项

如果依赖项未包含在项目中，或者你需要手动配置：

1. 检查 README 中的说明：

   • 通常会列出所需的第三方库及配置方法。

   • 示例：

     Add the following to project properties:
     Include Path: C:\libs\boost\include
     Library Path: C:\libs\boost\lib
     Additional Dependencies: boost_system.lib

2. 操作步骤：

   • 右键项目 -> 属性：
     • 配置 C/C++ -> 常规 -> 附加包含目录。
     • 配置 链接器 -> 常规 -> 附加库目录。
     • 配置 链接器 -> 输入 -> 附加依赖项。

情况 3: 使用 vcpkg 自动配置

如果项目推荐使用 vcpkg 来管理依赖项：

1. 安装依赖项：

   vcpkg install boost

2. 集成到 VS：

   vcpkg integrate install

   • VS 会自动识别并加载安装的库。

注：常见问题排查

1. 生成错误：未定义的符号或找不到文件

   • 原因：库路径或头文件路径未正确配置。

   • 解决方法：

     • 检查依赖路径是否已添加到项目属性中。
     • 确认外部库的文件（如 .lib 或 .dll）是否存在。

2. 运行错误：找不到动态库

   • 原因：动态库（如 .dll 文件）未放在程序运行目录中。

   • 解决方法：

     • 将 .dll 文件复制到主项目的输出目录（如 Debug 或 Release 文件夹）。

在经过以上处理后，绝大多数情况下，你都可以成功复现一个C++项目。这样的好处在于，你只需关注代码逻辑而非复杂的配置。

4. 分析具体函数功能

在成功配置并运行项目后，下一步是深入理解项目的核心功能和实现细节。C++ 项目通常由多个模块和函数组成，了解这些函数的功能和逻辑对后续扩展开发至关重要。

Step 1: 确定关键模块和函数

从主函数入手 ：通常项目的核心逻辑从 main.cpp 或类似文件开始。通过阅读主函数，可以了解项目的执行流程和核心模块，根据主函数调用的模块或函数，逐步深入分析。

Step 2: 阅读函数注释和文档

优秀的 C++ 项目通常会在关键函数前提供注释或文档说明功能，也可以直接使用GPT等，生成函数注释和文档。

Step 3: 理解函数实现

1. 追踪函数调用链：使用开发工具（如 Visual Studio 的"查找所有引用"功能）查看某个函数的调用者和被调用者。

2. 分析算法逻辑：仔细阅读函数的代码实现，特别是核心算法和数据处理部分。对于复杂的实现，可以使用调试工具逐行执行代码，观察变量变化和逻辑流程。

5. 在此基础上实现自己的需求

完成对项目的整体理解后，接下来可以根据实际需求在项目基础上进行功能扩展和定制开发。

Step 1: 明确需求

确定要新增的功能目标（如优化性能、添加模块）。

Step 2: 设计扩展方案

遵循项目架构，保持代码风格一致。

为新增功能设计合理的接口，避免耦合。

Step 3: 编写代码并测试

为新增功能编写单元测试，确保正确性。

Step 4: 集成和优化

与现有模块集成，并通过性能分析工具（如 Valgrind）优化代码。

Step 5: 提交和文档

用git更新代码，并且在README 或其他文档中说明新增功能的使用方法和依赖项。