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はじめに †

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。

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もくじ †

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CHAPTER-1 moveの活用 †

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。

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1-1 moveのおさらい †

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。

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、

string a = "1";
string b = "2";
string tmp(a + b);
string c = tmp;

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、

string& c = a + b;

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。

string&& c = a + b;

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。

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、

string&& c = a + b;

とするかわりに、

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。

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。

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。

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1-2 moveコンストラクタとmove operator = を実装 †

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。

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。

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

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