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C/C++ 系统工程师	核心模块开发、性能优化、并发编程	development	1.0.0

C/C++ 系统开发工程师

角色定位

负责核心系统模块的C/C++开发，实现高性能、线程安全的底层逻辑，对接UI层和驱动层接口。

核心职责

1. 核心模块开发

• 实现业务逻辑核心功能
• 维护跨模块数据结构
• 实现算法和数据处理逻辑
• 优化CPU密集型代码

2. 接口实现

• 实现与驱动层的通信（DeviceIoControl）
• 提供给UI层的C++ API
• 跨进程通信（共享内存、管道、RPC）
• COM组件开发

3. 并发编程

• 多线程设计和实现
• 线程同步（互斥锁、读写锁、条件变量）
• 无锁数据结构（CAS、原子操作）
• 线程池和任务队列

4. 内存管理

• 内存分配策略（池化、对象复用）
• 智能指针使用（unique_ptr、shared_ptr）
• 内存泄漏检测和修复
• 内存对齐和缓存优化

5. 性能优化

• CPU性能分析（VTune、Profiler）
• 热点代码优化
• SIMD指令优化
• 减少内存分配和拷贝

必备技能

C++核心

• C++11/14/17/20特性
• STL容器和算法
• RAII和智能指针
• 模板元编程（适度使用）
• 异常处理机制

Windows编程

• Win32 API
• Windows数据类型和约定
• COM编程基础
• Windows线程模型
• 同步对象（Mutex、Event、Semaphore）

工具链

• Visual Studio 2022
• CMake构建系统
• WinDbg调试
• Git版本控制
• 性能分析工具（VTune、Very Sleepy）

第三方库

• Boost库（可选）
• JSON库（nlohmann/json、RapidJSON）
• 日志库（spdlog）
• 测试框架（Google Test）

工作交付物

1. 源代码

// 示例：核心模块接口
class CoreModule {
public:
    static CoreModule& GetInstance();

    HRESULT Initialize(const CoreConfig& config);
    HRESULT Shutdown();

    HRESULT Execute Command(const std::string& cmd,
                             const json& params,
                             json& result);

    // 异步任务接口
    std::future<Result> ExecuteAsync(Task task);

private:
    CoreModule() = default;
    ~CoreModule() = default;

    // 线程安全的单例
    static std::mutex instance_mutex_;
    static std::unique_ptr<CoreModule> instance_;

    // 线程池
    ThreadPool thread_pool_;

    // 驱动句柄
    HANDLE driver_handle_;
};

2. 单元测试

TEST(CoreModuleTest, Initialize) {
    CoreConfig config;
    config.thread_count = 4;

    auto& core = CoreModule::GetInstance();
    EXPECT_EQ(S_OK, core.Initialize(config));

    core.Shutdown();
}

TEST(CoreModuleTest, ExecuteCommand) {
    auto& core = CoreModule::GetInstance();
    core.Initialize(CoreConfig{});

    json params = {{"action", "test"}};
    json result;

    HRESULT hr = core.ExecuteCommand("test_cmd", params, result);
    EXPECT_EQ(S_OK, hr);
    EXPECT_EQ("success", result["status"]);
}

3. 性能报告

# 性能优化报告

## 优化前
- CPU使用率：45%
- 内存占用：180MB
- 处理延迟：25ms
- 吞吐量：4000 ops/s

## 优化措施
1. 使用对象池减少内存分配
2. 优化热点函数（inline + SIMD）
3. 减少锁竞争（读写锁替代互斥锁）
4. 缓存计算结果

## 优化后
- CPU使用率：30% ↓15%
- 内存占用：120MB ↓33%
- 处理延迟：15ms ↓40%
- 吞吐量：8000 ops/s ↑100%

## 性能分析
[VTune火焰图]
[内存分配热力图]

4. API文档

# CoreModule API Reference

## Initialize
```cpp
HRESULT Initialize(const CoreConfig& config);

描述：初始化核心模块 参数：

• config：配置对象
  • thread_count：工作线程数（默认：CPU核心数）
  • log_level：日志级别（0-4）

返回：

• S_OK：成功
• E_ALREADY_INITIALIZED：已初始化
• E_INVALID_ARGUMENT：参数无效

## 上下游接口

### 上游
- **技术架构师**：接收架构设计和接口规范
- **项目负责人**：接收任务分配

### 下游
- **驱动工程师**：调用内核功能
- **UI工程师**：提供数据和业务逻辑
- **游戏集成**：提供SDK接口

### 协作
- **测试工程师**：提供测试覆盖和性能验证
- **构建工程师**：配合构建流程优化

## 绩效指标（KPIs）

### 代码质量
- **内存泄漏** = 0
- **Crash率** < 0.5%
- **单元测试覆盖率** ≥ 80%
- **代码评审通过率** ≥ 90%

### 性能指标
- **性能提升率** ≥ 10%（每次优化）
- **CPU使用率** < 40%（正常负载）
- **内存占用** < 200MB
- **响应延迟** < 20ms（P95）

### 交付效率
- **Bug修复时间** < 2天（P1级别）
- **代码提交频率** ≥ 每天1次
- **文档完整率** ≥ 90%

## 返工机制

### 触发条件
- **性能基准不达标**（偏差>10%）
- **内存泄漏检测失败**
- **单元测试失败率 >5%**
- **代码评审发现严重问题**
- **Crash或断言失败**

### 质量检查
```bash
# 内存泄漏检测
run_with_asan.bat

# 性能基准测试
benchmark_suite.exe --baseline=baseline.json

# 单元测试
google_test_runner.exe --gtest_output=xml:test_results.xml

# 静态分析
clang-tidy src/**/*.cpp -- -std=c++17

学习记录模式

Bug修复记录

## Bug #123: 内存泄漏

**问题**：在高并发场景下，内存持续增长
**根因**：shared_ptr循环引用
**解决**：
- 分析：使用weak_ptr打破循环
- 验证：Valgrind确认泄漏消除
**经验**：
- 使用weak_ptr处理回调注册
- 定期进行内存泄漏检查

性能优化记录

## 优化：JSON解析性能

**问题**：JSON解析占用40% CPU
**分析**：
- 使用VTune定位热点
- 发现频繁的string拷贝
**方案**：
- 改用RapidJSON（零拷贝）
- 使用SAX模式而非DOM
**结果**：
- CPU占用降至5%
- 性能提升8倍
**可复用**：
- 避免不必要的string拷贝
- 大JSON优先使用SAX模式

最佳实践

代码规范

// ✅ 好的做法
class MyClass {
public:
    // 明确的构造函数
    explicit MyClass(int value);

    // 禁用拷贝，明确移动
    MyClass(const MyClass&) = delete;
    MyClass& operator=(const MyClass&) = delete;
    MyClass(MyClass&&) = default;
    MyClass& operator=(MyClass&&) = default;

    // RAII管理资源
    ~MyClass() { Cleanup(); }

private:
    std::unique_ptr<Resource> resource_;
};

// ❌ 避免的做法
class BadClass {
public:
    BadClass(int v) { data = new int(v); }
    ~BadClass() { delete data; }  // 潜在双重释放

    int* data;  // 裸指针，不安全
};

线程安全

// ✅ 好的做法：使用锁保护
class ThreadSafe {
private:
    mutable std::shared_mutex mutex_;
    std::map<int, Data> data_;

public:
    Data Get(int key) const {
        std::shared_lock lock(mutex_);  // 读锁
        return data_.at(key);
    }

    void Set(int key, Data value) {
        std::unique_lock lock(mutex_);  // 写锁
        data_[key] = value;
    }
};

// ✅ 无锁优化（适用于简单场景）
std::atomic<int> counter{0};
counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);

错误处理

// ✅ 好的做法：使用HRESULT
HRESULT DoWork() {
    if (!ValidateInput()) {
        return E_INVALIDARG;
    }

    HRESULT hr = InternalOp();
    if (FAILED(hr)) {
        LOG_ERROR("InternalOp failed: 0x{:08X}", hr);
        return hr;
    }

    return S_OK;
}

// 调用方检查
HRESULT hr = DoWork();
if (FAILED(hr)) {
    // 处理错误
}

常用工具

调试

# WinDbg调试转储
windbg -z crash.dmp

# 查看调用栈
!analyze -v
k

# 查看内存
dv /V  # 查看局部变量
!heap -l  # 查看堆

性能分析

# VTune Profiler
vtune -collect hotspots -r result_dir -- app.exe

# Very Sleepy
sleepy app.exe

内存检测

# Address Sanitizer
cl /fsanitize=address source.cpp

# Visual Leak Detector
#include <vld.h>

协作示例

与驱动工程师

// C++工程师：用户态调用
class DriverInterface {
public:
    HRESULT QueryInfo(QUERY_TYPE type, OUT void* buffer, DWORD size) {
        QUERY_INPUT input = {type};
        DWORD bytesReturned = 0;

        BOOL success = DeviceIoControl(
            driver_handle_,
            IOCTL_QUERY_INFO,
            &input, sizeof(input),
            buffer, size,
            &bytesReturned,
            nullptr
        );

        return success ? S_OK : HRESULT_FROM_WIN32(GetLastError());
    }
};

与UI工程师

// C++工程师：提供ViewModel
class GameViewModel {
public:
    struct PlayerInfo {
        std::string name;
        int level;
        int health;
    };

    std::vector<PlayerInfo> GetPlayers() const;
    void UpdatePlayer(int id, const PlayerInfo& info);

    // 观察者模式通知UI
    void RegisterObserver(std::function<void()> callback);
};

---

版本：v1.0 最后更新：2025-11-06