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游戏的优化

游戏的优化. 不仅仅是帧速率. 我们将谈论什么 ?. 何时何地需要做优化 ? C 和 C++ 的比较 C++ 中的性能问题 算法优先 我们需要 C++ 的高级特性吗？. 优化无处不在. 最好的优化器是你的大脑，而不是编译器 评测而不是臆测 Windows 游戏不应该有特权 Windows 游戏首先是一个 Windows 程序 每一点资源的节省都将是有意义的 专家的选择是不优化. FPS?. 提高了 10 fps 表示什么含义？ 10fps->20fps 100fps->120fps 最高帧速率和平均帧速率 Loading 时间

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游戏的优化

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Presentation Transcript

  1. 游戏的优化 不仅仅是帧速率

  2. 我们将谈论什么? • 何时何地需要做优化? • C 和 C++ 的比较 • C++中的性能问题 • 算法优先 • 我们需要 C++ 的高级特性吗？

  3. 优化无处不在 • 最好的优化器是你的大脑，而不是编译器 • 评测而不是臆测 • Windows 游戏不应该有特权 • Windows 游戏首先是一个 Windows 程序 • 每一点资源的节省都将是有意义的 • 专家的选择是不优化

  4. FPS? • 提高了 10 fps 表示什么含义？ • 10fps->20fps 100fps->120fps • 最高帧速率和平均帧速率 • Loading 时间 • 关心一下 CPU 占用率 • 了解 Windows 多一点

  5. 记时器 • TimeGetTime • QueryPerformanceCounter • RDTSC • 精度 • 多任务环境的影响 • 流水线 • 测不准原则

  6. 微观和宏观 • 微观上的优化 • CPU指令、流水线吞吐量、等待时间 • 有限的硬件优化 • 有限的编译器优化 • 宏观上的优化 • 算法和代码结构的改进 • 减少需要处理的数据量，减少处理的频率和次数

  7. C 与 C++ 微观上的比较 • C 比 C++ 快 10%? • 不要迷信书本 • 证据？ • C++ 编译器的改进 • 更合理的参数传递方式 • Inline • 堆栈和函数调用 • 静态变量的使用

  8. C++提供更强的语言特性 • new/delete malloc/free • C++ exception setjmp/longjmp • 虚函数 函数指针数组 • Template 宏 • 标准库

  9. C 的优势 • 简单 • 可移植性更强 • 接口简洁 • 更少的二义性 • CRT 开销小 • 编译速度快

  10. C++ 需要了解更多

  11. STL • 最被人喜爱的容器 • std::map • std::string • std::vector • std::list • 大多数情况他们没有被正确的使用

  12. std::map • 插入是很慢的 O(log(N)) • 有额外的内存消耗 (三个指针+颜色) • 大多数情况，我们需要的只是查找 • 数组+二分查找 • Hash map 通常可以提高效率，但不绝对 • 还有更多的优化手段 • lua 的实现 • 大话西游的实现

  13. std::string • 还有一种字符串叫作 const char * • const std::string & • 不要依赖 COW (copy-on-write) • 考虑多线程环境 • 良好的设计下，cow 通常多余 • Lua 如何处理字符串?

  14. std::vector • std::vector 并不仅仅是数组 • 通常我们把 vector 作为数组使用 • Vector::push_back() 常引起内存重分配 • vector::reserve() • vector::clear() 不一定释放内存 • POD 类型的优化 • 记住：从 C 语言开始，就支持了数组

  15. std::list • std::list 是一个双向链表 • std::list 有内存的额外开销 • 链表可以在常数时间插入，而当 N 不大的时候，优势并不明显。

  16. 正确的使用STL • STL 是 C++ 提供的强有力的工具 • STL 的使用都是有开销的 • STL 并不能解决我们所有的问题 • 有些问题可以用 STL ，但那并不是最好的解决方案 • 让代码达到最佳的性能，需要用我们的大脑

  17. 重新发明轮子？ • 不要因为你能够做到而重新实现 STL • 几乎所有的 MyVector MyString MyMap 都不如 std::vector std::string std::map • 更多的了解 STL 更多的了解 C++

  18. CRT 的使用 • sprintf(s,”%d”,n); • 为什么不用 itoa ? • sprintf(s,””); • 为什么不用 s[0]=‘\0’; • printf 与 puts • 不要忽略 CRT 的开销

  19. 重写 CRT? • 优化 memcpy：MMX 版本、SSE 版本… • 任何小于 64k 数据复制的优化都没有意义 • 重写 string 库，MyStrlen MyStrcmp … • CRT 可以做的更好 • Intrinsic 函数 • #pragma intrinsic()

  20. 内存优化 • 展开循环，消除数据相关性 • 数据并行处理 • 减少数据结构的尺寸，让数据尽量紧凑的放在一起 • 数据对齐 • 了解内存的工作方式

  21. 内存管理优化 • C++ 提供了更灵活的内存管理机制 • new/delete 不一定是最好的方式(STL就不用) • 自定义内存分配器 • 方便调试 • 分配速度和内存碎片同样重要 • 注意分离模块的问题 • DLL 最容易出错

  22. 算法 • C++ 更适合实现更复杂的游戏引擎 • 引擎的复杂度提升，层次的增加，会降低效率 • 更高的复杂度是为了宏观上的优化

  23. 脏矩形

  24. 问题 • 脏矩形的合并算法并不简单 • 合并后的脏区域并不是一个矩形，不方便做图片裁减 • 有许多的物体在屏幕上移动 • 卷动屏幕 • 图像引擎设计的复杂度

  25. 改进的脏矩形 • 分格处理 • 渲染管道 • 绘图操作对象化

  26. 滚动优化 • 更大的back buffer • 破碎的分格

  27. 覆盖优化

  28. C++的高级特性 天使还是恶魔?

  29. Template 避免重复的代码 void _blit(pixel *dst,const pixel *src,size_t s,bool mask_blit) { for (size_t i=s;i!=0;--i,++dst,++src) { if (!mask_blit || *src!=mask_color) *dst=*src; } } template <bool mask_blit> void _blit(pixel *dst,const pixel *src,size_t s) { for (size_t i=s;i!=0;--i,++dst,++src) { if (!mask_blit || *src!=mask_color) *dst=*src; } }

  30. void blit(pixel *dst,const pixel *src,size_t s) { _blit<false>(dst,src,s); } void mask_blit(pixel *dst,const pixel *src,size_t s) { _blit<true>(dst,src,s); }

  31. 矩阵运算 • Matrix A,B,C; • A=B+C; • Matrix operator+(const Matrix &lhs,const Matrix &rhs); • Matrix & my_type::operator=(const Matrix &v); • 如何避免临时对象的返回？ • 转化为 A=B; A+=C;

  32. Expression Templates template<typename T> class add_type { const T& _lhs; const T& _rhs; public: add_type(const T &lhs,const T &rhs) :_lhs(lhs),_rhs(rhs) {} T& calculate(T &result) const { result=_lhs; result+=_rhs; return result; } }; template <typename T> add_type<T> operator+(const T &a,const T &b) { return add_type<T>(a,b); }

  33. class Matrix { /* ... */ Matrix& operator+=(const Matrix &v); Matrix& operator=(const add_type<Matrix> &v) { return v.calculate(*this); } /* ... */ }

  34. 编译时计算 template<int N> class factorial { public: enum { value = N * factorial<N-1>::value }; }; template<> class factorial<1> { public: enum { value = 1 }; };

  35. 冒泡排序 inline void compare_swap(int &a,int &b) { if (a>b) { int t=a; a=b; b=t; } } void sort(int *data,int n) { for (int i=0;i<n-1;i++) { for (int j=i+1;j<n;j++) { compare_swap(data[i],data[j]); } } }

  36. template<int N> struct inner_loop { static inline void expand(int* data) { compare_swap(*data, data[N]); inner_loop<N-1>::expand(data); } }; template<> struct inner_loop<0> { static inline void expand(int*) {} }; template<int N> struct sort { static inline void expand(int* data) { inner_loop<N-1>::expand(data); sort<N-1>::expand(++data); } }; template<> struct sort<1> { static inline void expand(int* data) {} };

  37. int main() { int a[]={3,2,1}; const int len=sizeof(a)/sizeof(a[0]); sort<len>::expand(a); for (int i=0;i<len;i++) { printf("%d,",a[i]); } } // sort<len>::expand(a) 展开后的代码 compare_swap(*data,data[2]); compare_swap(*data,data[1]); ++data; compare_swap(*data,data[1]);

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