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*はじめに [#uab6e7b1]
ゲーププログラミングの開発環境が変化してきました。
アセンブラ
C
C++
C#
Java
JavaScript
メインはC++
コーディングの容易さではC#やJava
C++11で大幅な機能アップ
ゲームプログラミングにC++11のフィーチャーを取り入れることで効率アップ
コーディングの効率化
バグの出にくい構造
パフォーマンスアップ
* もくじ [#o69f245d]
ゲームプログラミングの開発環境が変化してきました。~
かつてアセンブラやCで書かれていたゲームプログラムは、C++での開発が主流になったといえるでしょう。~
C#やJavaでのゲームプログラミングも現実的になってきましたが、本格的なゲーム開発はC++が多数派だと思います。~
なぜならば、ゲームは処理速度、メモリ効率、レスポンス、いずれも高い次元で動作することが要求されるからです。
C++11の登場で、C++でのゲームプログラミングも大幅に進化しました。~
それは、アセンブラからCへ、CからC++へと変遷していったときと同じぐらい、大きなインパクトがあります。
C++11により、C++のウイークポイントが解消され、実行速度、メモリ効率、開発効率、ともに大幅な改善がされたためです。
実際にゲーム開発でC++11を本格的に導入して2年ほど経過しましたので、
C++をゲームプログラミングで効率的に使う方法をまとめてみました。
** もくじ [#o69f245d]
- Chap.1 moveの活用
-- 1-1 右辺値参照のおさらい
-- 1-2 moveコンストラクタとmove operator = を実装
-- 1-3 std::swapの違い
-- 1-4 VisualStudioはmoveコンストラクタを自動生成してくれない
-- 1-5 落とし穴
--- 1-5-1 move後のクラスオブジェクトへのアクセス
--- 1-5-2 継承クラスのmoveコンストラクタ
- Chap.2 ラムダ式の活用
-- 2-1 コールバックの活用
-- 2-1 キャプチャの注意点
-- Chap.3 コピーコンストラクタの廃止
-- 3-1 コピーコンストラクタをmoveコンストラクタに置き換える
-- 3-2 shared_ptrをunique_ptrに置き換える
- Chap.4 応用編 描画ループの処理
-- 4-1 1/60秒の間隔で呼ばれるメインループ
-- 4-2 Threadもco-routineも使わないマルチタスク的処理
-- 4-3 タスクマネージャの紹介
** CHAPTER-1 moveの活用 [#se0884ad]
moveのおさらい
右辺値参照?
moveの活用による恩恵は計り知れません。
とくに、速度とメモリ効率、そしてデバッグ効率を重視するゲームプログラミングにおいて、
moveセマンティクスの導入は大きな効果がありました。
なお、moveに関して十分な知識のある方ば、Chap.1は読み飛ばしてください。
*** 1-1 moveのおさらい [#va782358]
moveを使う前に、右辺値参照について知っておく必要があります。
このプログラムを見てください。
#sh(cpp){{
string a = "1";
string b = "2";
string c = a + b;
// ~~~~~
// 右辺値
}}
この"a + b"の部分が右辺値です。~
右辺値とは、名前のない一時的に生成されるオブジェクトのことです。~
この場合、string型で値が"12"の一時オブジェクトが生成されます。
わかりやすくC++03の書式で置き換えると、
右辺値とは、名前のない一時的に生成されるオブジェクト
この場合、string型で値が"12"の一時オブジェクトが生成される。
わかりやすく置き換えると、
#sh(cpp){{
string a = "1";
string b = "2";
string tmp = a; /// copy
tmp += b; // resize and copy
string c = tmp; // copy
string tmp(a + b);
string c = tmp;
}}
このような動作になる。~
tmpはfuncを呼び出した後は不要になる、一時オブジェクトだ。
さて、最後の"c = tmp"で行われるコピーが無駄な動作ということは明白だ。
tmpをcにエイリアスしてしまえはば、解決する。ところが、
このような動作になります。~
tmpは式の外では不要になる、一時オブジェクトです。
さて、最後の"c = tmp"で行われるコピーが無駄な動作ということは明白ですね。~
C++03では、右辺値を変数に代入する時点で、コピーが発生してメモリと処理速度の無駄が発生していました。
コピーの無駄を省くにはtmpをcにエイリアスしてしまえはば解決しますが、
#sh(cpp){{
string& c= a + b;
string& c = a + b;
}}
これはエラーになる。"a + b"は右辺値なので、参照として使うことができない。
そこで、右辺値参照という新しい機能が追加された。
これはエラーになります。"a + b"は右辺値なので、参照型として使うことができません。
C++03では、メモリ上の何処かに生成された一時オブジェクトを、式の外へ持ち出す手段がありませんでした。
C++11では、右辺値参照という新しい機能が追加されました。
#sh(cpp){{
string&& c = a + b;
}}
これで、内部的にはc++03で記述すると以下の動作とほぼ等しくなる
これで、C++03で記述する以下の動作とほぼ等しくなります。
#sh(cpp){{
string tmp = a;
tmp += b;
string tmp = a + b;
string& c = tmp;
}}
C++03では、右辺値として生成されたオブジェクトを使う場合、いったんコピーする必要がありました。
では、moveはどこでつかうかというと、
#sh(cpp){{
string&& c = a + b;
}}
とするかわりに、
#sh(cpp){{
string c = move(a+b);
}}
とすることで、a+bの一時オブジェクトをcに移動することになる。
cは左辺値なので、なんの制約もなく使うことができる。
とすることで、"a + b"の一時オブジェクトをcに移動することが可能になります。
最初の例と大きな違いがないように見えますが、前者は(右辺値)参照、後者は移動(move)という違いがあります。
moveのコストは、一般的にcopyよりも少ない。stringならば、バッファのポインタとサイズを記憶している変数をコピーするだけだ。
一般的には、moveのコストはcopyよりもずっと小さく、stringならばバッファのポインタとサイズをコピーするだけで終わります。
メモリ上にアロケートされた実体はコピーされずにそのまま使われます。
なお、上記の例はわかりやすくするために move(a+b)と書いたが、a+bは明らかに右辺値なので、moveは省略可能だ。
moveは、左辺値を右辺値に変換するときに使う。
なお、上記の例はわかりやすくするために move(a+b)と書きましたが、a+bは明らかに右辺値なのでmoveは省略できます。
moveを明示的に使うのは、左辺値を右辺値に変換するときに使用します。
#sh(cpp){{
string a = "1";
string c = move(a); // cにaのインスタンスが移動する。
// これ以降はaにアクセスしてはならない。
// aは、ヌケガラ、デガラシ、捨てられたバナナの皮のようなもの。
// アクセスすると、未定義動作の洗礼を受けることになる。
}}
この例だと、aをcに移動させているだけで、なんのメリットもないコードです。
しかし、moveは後述するコンストラクタや代入演算子で必要になります。
1-2 moveコンストラクタとmove operator = を実装
*** 1-2 moveコンストラクタとmove operator = を実装 [#rb11e3d6]
下記のプログラムは、C++03とC++11では動作が大きく異なります。
#sh(cpp){{
string c = a + b;
}}
先ほど解説したとおり、C++11では、"a + b"の一時オブジェクトはcにmoveされます。
なぜmoveされるのか? それは、stringにmove代入演算子とmoveコンストラクタがあるからです。
もし、自前のクラスで、moveコンストラクタやmove代入演算子が定義されていなかったら、moveされません。
#sh(cpp){{
Hoge a = 1;
Hoge b = 2;
Hoge c = a + b;
}}
この、3行目の"c = a + b"の動作は、Hogeクラスにmoveコンストラクタが実装されているか否かできまります。
http://melpon.org/wandbox/permlink/7v7e0TFsorASaOzQ