遊戲中的對象緩存池

   在遊戲編程時，每個關卡都要創建大量的對象，例如NPC，樹，草，地形等，而有些對象需要有遊戲中實時創建，比如爆炸效果，子彈。給遊戲對象分配內存本來就是比較耗費時間的，如果採用傳統的new 和delete的話，可能會使得遊戲的實時性降低。因此可以採用對象池的方法。即先根據關卡估計會用到對象數量，在關卡開始時先分配好需要的對象數量緩存起來，以後直接使用這些緩存的對象就OK了，當遊戲關卡結束時，清除對象池。

    本文采用了模版方法，參照了《面向對象遊戲開發--julian Gold》第七章的內容。對於一種對象的緩存池類來說，它在程序中只應該有一個對象。因爲爲一種對象創建兩個或多個緩存池根本就沒有必要，反而會增加代碼的複雜度。因此我採用了單件模式。

    那麼怎樣將對象緩存起來呢，我們只需要爲每個類重載操作符 new 和 delete 即可，當用戶new 一個對象時，我們從緩存池裏拿出一個事先分配好的對象，返回給用戶即可。當用戶調用 delete時，我們將請求刪除的對象放入緩存池，方便下次用戶調用new時使用。

 

內存池代碼如下：

 //內存池，2009.12.24 //緩存一定數量的對象，使內存分佈更快 //from neo //參考了<<面向對象遊戲開發 ----julian gold>> //使用了單件模式 //用法示例 /* class A { public: NEWCLASS(A); DELETECLASS(A); BUFFERSIZEMEMBER(A); }; SETBUFFERSIZE(A,size) */ #pragma once #include <vector> #include <algorithm> #include <cassert> namespace Neo { template<class T> class MemPool { public: static MemPool<T>& Instance(); //返回單件實例 public: void SetBufferSize(unsigned int size); //設置緩衝池大小 T* Allocate(); //分配 void Free(T* pT); //釋放 void Clear(); //清除所有的緩存對象 private: std::vector<T*> m_listBuffer; //緩存對象 std::vector<T*> m_listToAllocate; //未分配的對象 private: //輔助類， //刪除緩存值的算法 template<class T> struct DeleteAlgorithm { void operator ()(T* pT){::delete pT;} }; //新建算法 template<class T> struct NewAlgorithm { void operator ()(T* pT){pT = ::new T;} }; private: //不允許用戶自己定義內存池 MemPool(){} ~MemPool(void)//最後清除所有的緩存對象 {Clear();} MemPool(const MemPool& other); }; //成員函數實現 template<class T> inline MemPool<T>& MemPool<T>::Instance() { static MemPool<T> anInstance; return anInstance; } //設置緩存池大小 template<class T> inline void MemPool<T>::SetBufferSize(unsigned int size) { m_listBuffer.resize(size); //爲什麼這樣分配的調用是全局的delete呢？？vs2008下測試 //std::for_each(&m_listBuffer[0],&m_listBuffer[m_listBuffer.size()-1],NewAlgorithm<T>()); for (unsigned int i=0;i<m_listBuffer.size();++i) { m_listBuffer[i] = ::new T; } m_listToAllocate.resize(size); std::copy(m_listBuffer.begin(),m_listBuffer.end(),m_listToAllocate.begin()); } //分配內存 template<class T> inline T* MemPool<T>::Allocate() { //內存已經分配完了， //以後可以考慮重寫這個部分，例如動態增長 assert(!m_listToAllocate.empty() &&"out of mem"); T* pT = m_listToAllocate.back(); m_listToAllocate.pop_back(); return pT; } //釋放對象 template<class T> inline void MemPool<T>::Free(T* pT) { //確保刪除的對象在緩存中 assert(std::find(m_listBuffer.begin(),m_listBuffer.end(),pT) != m_listBuffer.end() && "object to free is not exist!!"); //確保只刪除一次 assert(std::find(m_listToAllocate.begin(),m_listToAllocate.end(),pT) == m_listToAllocate.end() &&"object has deleted already!!"); m_listToAllocate.push_back(pT); } //清除緩存池內容 template<class T> inline void MemPool<T>::Clear() { std::for_each(m_listBuffer.begin(),m_listBuffer.end(),DeleteAlgorithm<T>()); m_listBuffer.clear(); } } //一些宏定義，方便使用 //定義重載new #define NEWCLASS(className) / void* operator new(size_t)/ {/ return Neo::MemPool<className>::Instance().Allocate();/ } //定義重載delete #define DELETECLASS(className)/ void operator delete(void* p)/ {/ Neo::MemPool<className>::Instance().Free(reinterpret_cast<className*>(p));/ } //設置緩存池大小靜態成員函數 #define BUFFERSIZEMEMBER(className) / static bool SetBufferSize(unsigned int size)/ {/ Neo::MemPool<className>::Instance().SetBufferSize(size);/ return true;/ } #define SETBUFFERSIZE(className,size) static bool initial##className = className::SetBufferSize(size);

 

測試程序：請注意debug模式與release模式的區別(Release模式下比較快)

 

#include <iostream> #include <windows.h> #include <crtdbg.h> #include "MemPool.h" #pragma comment(lib,"winmm.lib") using namespace std; //在寫遊戲代碼時，可以估算一個關卡所需的對象數量，設置一個合適的緩存值 const int bufferSize = 20; class TestWithAllocated { public: NEWCLASS(TestWithAllocated); DELETECLASS(TestWithAllocated); BUFFERSIZEMEMBER(TestWithAllocated); }; SETBUFFERSIZE(TestWithAllocated,bufferSize); class Derived : public TestWithAllocated { public: NEWCLASS(Derived); DELETECLASS(Derived); BUFFERSIZEMEMBER(Derived); public: void fun(){cout << "hello" << endl;} }; SETBUFFERSIZE(Derived,bufferSize); class TestWithOutAllocated { }; template<class T> void Allocate(std::vector<T*>& p,int size) { for (int i=0;i<size;++i) { p[i] = new T; } } template<class T> void DeAllocate(std::vector<T*>& p,int size) { for (int i=0;i<size;++i) { delete p[i]; } } int main(void) { //內存泄漏檢查 int tmpdbgflag; tmpdbgflag = _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_REPORT_FLAG); tmpdbgflag |= _CRTDBG_DELAY_FREE_MEM_DF; tmpdbgflag |= _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF; _CrtSetDbgFlag(tmpdbgflag); //測試次數 int testSize =0; cout << "input test number !!" << endl; cin >> testSize; std::vector<TestWithAllocated*> pWA(bufferSize); std::vector<TestWithOutAllocated*> pWOA(bufferSize); //計算測試時間 DWORD start = timeGetTime(); //採用了內存池的對象創建測試 for (int i=0;i<testSize;++i) { Allocate<TestWithAllocated>(pWA,bufferSize); DeAllocate<TestWithAllocated>(pWA,bufferSize); } DWORD end = timeGetTime(); cout << " test with buffer time is: " << end - start << endl; //未採用內存池的對象創建測試 start = timeGetTime(); for (int i=0;i<testSize;++i) { Allocate<TestWithOutAllocated>(pWOA,bufferSize); DeAllocate<TestWithOutAllocated>(pWOA,bufferSize); } end = timeGetTime(); cout << " test without buffer time is: " << end - start << endl; //採用了內存池另一組對象創建測試 std::vector<Derived*> pW(bufferSize); start = timeGetTime(); for (int i=0;i<testSize;++i) { Allocate<Derived>(pW,bufferSize); DeAllocate<Derived>(pW,bufferSize); } end = timeGetTime(); cout << " test with buffer time is: " << end - start << endl; return 0; }

 

 

測試結果：

在我的電腦上當輸入測試數量爲100000時

採用內存池分配的對象用時70

未採用內存池根本的對象用時565

以上測試在Release模式下完成，因爲在debug模式下，我採用了一些算法，確保分配不會出錯。所以效率很低