還是簡單些好

2009年9月17日星期四

In-Game C++ Memory Profiler

忙碌了兩個多月，這篇有可出現在 Gems 系列的 "In-Game Memory Profiler" 終於完成。製作這類 Profiler 已經不知多少次了，但這次是最滿意的；可以媲美需付款的產品 (其實類似的 C++ memory profiler 產品真的少之又少)，甚至更好。就是它，讓我知道 Bullet 每次 step simulation 都有好幾千個即用即棄的 memory allocation/de-allocation；後來我把它的 default pool size 增大，問題也就解決了。

In-Game-Memory-Profiler

2009年9月5日星期六

弱指針的重要性

雖然有許多有關智能指針 (Smart pointer) 的文章和範例，但關於弱指針的就相對寥寥無幾。縱然有所提及，也只是草草幾筆說弱指針是用來避免 "循環引用 (Cyclic reference)" 云云。就此問題我嘗試用一些例子去補充說明弱指針何時用，為什麼用。

首先讓我們看一個遊戲引擎中典型的資料管理系統例子：

因為要節省內存的需求，Texture (紋理) 被設計成能夠給多個 Model (三維模型) 共享。而 Texture 的存在目的，就是留給 Model 作為繪畫時使用；明顯地，Model 可用 Smart Pointer 來引用 Texture；相對地 NameToTextureMap (方便用名稱來作資料搜尋) 該使用甚麼來引用 Texture 就沒有那麼明顯了。先看看使用不同的指針會有什麼的後果吧。

裸指針 - 這將會是災難性的選擇，因為一旦再沒有 Model 引用 Texture， NameToTextureMap 就會在毫無知會的情況下指向一件非法的物件。
智能指針 - 為了解決裸指針的問題，選擇智能指針像是合理的做法。不過請大家想一想，一旦 NameToTextureMap 引用了 Texture 以後，何時才可刪除引用呢？假如不去刪除引用，Texture 的生命期就會與 NameToTextureMap 同步化，失去了原先使用智能指針作為純粹被 Model 共享的意義。

這時就是讓弱指針發揮的時候。弱指針的特性就是當它指向的物件被銷毀之時，弱指針的值就會瞬間變為零；因此，讓 NameToTextureMap 使用弱指針，再定期把零值的弱指針由容器中刪除，以上的 UML 設計就可忠實地實作出來。

總結來說，智能指針旨不在於提供程序員不加思索就可使用的工具，它是一種能幫助你正確地實行擁有權共享的工具。就算是聲稱擁有自動內存管理的語言如 Java, C#, Python, Ruby 等等都一定會有弱指針這個概念，否則內存洩漏是很難避免的。假若你在開發 C++ 程序的時候遇到許多關於物件擁有權的問題，請記得弱指針的存在。

2009年9月3日星期四

Syntax highlight in Notepad++

從互聯網找到個給 Squirrel 語言著色的 Notepad++ config 檔案，也可作為日後 MCore3D Studio 結合 Scintilla Control 的藍圖。把以下的 Xml 儲存為 "userDefineLang.xml" 再放入 Notepad++ 的安置目錄就行了。


<NotepadPlus>
   <UserLang name="Squirrel" ext="nut">
       <Settings>
           <Global caseIgnored="no" />
           <TreatAsSymbol comment="yes" commentLine="yes" />
           <Prefix words1="no" words2="no" words3="no" words4="no" />
       </Settings>
       <KeywordLists>
           <Keywords name="Delimiters">&quot;00&quot;00</Keywords>
           <Keywords name="Folder+"></Keywords>
           <Keywords name="Folder-"></Keywords>
           <Keywords name="Operators">- ! ( ) , . : ; ? [ ] { } + &lt; = &gt;</Keywords>
           <Keywords name="Comment">1/* 2*/ 0//</Keywords>
           <Keywords name="Words1">break case catch class clone continue const default delegate delete else enum extends for function if in null resume return switch this throw try typeof parent yield constructor instanceof true false static do while foreach</Keywords>
           <Keywords name="Words2">local</Keywords>
           <Keywords name="Words3">ARGS</Keywords>
           <Keywords name="Words4"></Keywords>
       </KeywordLists>
       <Styles>
           <WordsStyle name="DEFAULT" styleID="11" fgColor="000000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
           <WordsStyle name="FOLDEROPEN" styleID="12" fgColor="000000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
           <WordsStyle name="FOLDERCLOSE" styleID="13" fgColor="000000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
           <WordsStyle name="KEYWORD1" styleID="5" fgColor="0000FF" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="1" />
           <WordsStyle name="KEYWORD2" styleID="6" fgColor="006262" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="1" />
           <WordsStyle name="KEYWORD3" styleID="7" fgColor="007777" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="3" />
           <WordsStyle name="KEYWORD4" styleID="8" fgColor="000000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
           <WordsStyle name="COMMENT" styleID="1" fgColor="008000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="2" />
           <WordsStyle name="COMMENT LINE" styleID="2" fgColor="008000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="2" />
           <WordsStyle name="NUMBER" styleID="4" fgColor="FF8000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
           <WordsStyle name="OPERATOR" styleID="10" fgColor="000080" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="1" />
           <WordsStyle name="DELIMINER1" styleID="14" fgColor="7E7E7E" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="2" />
           <WordsStyle name="DELIMINER2" styleID="15" fgColor="000000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
           <WordsStyle name="DELIMINER3" styleID="16" fgColor="000000" bgColor="FFFFFF" fontName="" fontStyle="0" />
       </Styles>
   </UserLang>
</NotepadPlus>

2009年8月29日星期六

Mesa 3D

多年沒有注視的 Mesa 3D 原來已經支援 OpenGL 2.1，亦表示它包含了 Glsl 的編輯器與運行期軟件。但更令我感到驚喜的是它的驅動層是可以使用 Direct3D9 作為實作。這個實作應該是基於 GlDirect 為藍圖，把一個個 OpenGL 指令變換成 Direct3D 的函數。
理想地，我不必再為不同平台間的 Graphics API 而煩惱；因為 OpenGL 本身就是設計成可擴充的，而 Mesa3D 又提供了一個很好的起步點。我的引擎只要沿用 OpenGL，再對 Mesa3D 的驅動層稍為修改就應該可在 XBox 上跑。
這兩天會花點時間對這想法的實際可行性多作研究。

2009年8月5日星期三

Restrict 指針

一般時候我們的編譯器都不知道兩個指針所指的位置是否相同或者有所重疊，大大降低了它的優化效果。就拿 Matrix3 * Vector3 為例：


void Matrix::MulVector(const Vec3& v, Vec3& result) {
 result.x = m00 * v.x + m01 * v.y + m02 * v.z;
 result.y = m10 * v.x + m11 * v.y + m12 * v.z;
 result.z = m20 * v.x + m21 * v.y + m22 * v.z;
}

很簡單的三行代碼，然而它隱藏了一個效能上的問題。堂 result 被賦予了新的值後，編譯器認為 v 的值也可能被更改了 (v 和 result 也是 reference，pointer 的一類)。因此原本可以留在 register 裡的 v.x, v.y 和 v.z 被迫從新由記憶體裡閱讀回來。看看VC2008 編譯成的機器碼吧：


result.x = m00 * v.x + m01 * v.y + m02 * v.z;
mov         eax,dword ptr [esp+4]
movss       xmm0,dword ptr [ecx+8]
mulss       xmm0,dword ptr [eax+8]
movss       xmm1,dword ptr [ecx+4]
mulss       xmm1,dword ptr [eax+4]
mov         edx,dword ptr [esp+8]
addss       xmm0,xmm1
movss       xmm1,dword ptr [eax]
mulss       xmm1,dword ptr [ecx]
addss       xmm0,xmm1
movss       dword ptr [edx],xmm0

result.y = m10 * v.x + m11 * v.y + m12 * v.z;
movss       xmm0,dword ptr [ecx+0Ch]
mulss       xmm0,dword ptr [eax]
movss       xmm1,dword ptr [ecx+14h]
mulss       xmm1,dword ptr [eax+8]
addss       xmm0,xmm1
movss       xmm1,dword ptr [ecx+10h]
mulss       xmm1,dword ptr [eax+4]
addss       xmm0,xmm1
movss       dword ptr [edx+4],xmm0

result.z = m20 * v.x + m21 * v.y + m22 * v.z;
movss       xmm0,dword ptr [ecx+18h]
mulss       xmm0,dword ptr [eax]
movss       xmm1,dword ptr [ecx+20h]
mulss       xmm1,dword ptr [eax+8]
addss       xmm0,xmm1
movss       xmm1,dword ptr [ecx+1Ch]
mulss       xmm1,dword ptr [eax+4]
addss       xmm0,xmm1
movss       dword ptr [edx+8],xmm0

這時候使用 restrict 就可幫上編譯器把。請注意，VC2008 的 __restrict 只對指針生效：


void Matrix::MulVector(const Vec3& v_, Vec3& result_) {
 const Vec3* __restrict v = &v_;
 Vec3* __restrict ret = &result_;
 result->x = m00 * v->x + m01 * v->y + m02 * v->z;
 result->y = m10 * v->x + m11 * v->y + m12 * v->z;
 result->z = m20 * v->x + m21 * v->y + m22 * v->z;
}

從新編譯後的機器碼：


result->x = m00 * v->x + m01 * v->y + m02 * v->z;
mov         eax,dword ptr [esp+4]
movss       xmm1,dword ptr [eax+4]
movss       xmm0,dword ptr [eax+8]
movss       xmm2,dword ptr [eax]
movss       xmm3,dword ptr [ecx+4]
movss       xmm4,dword ptr [ecx+8]
mov         eax,dword ptr [esp+8]
mulss       xmm3,xmm1
mulss       xmm4,xmm0
addss       xmm3,xmm4
movaps      xmm4,xmm2
mulss       xmm4,dword ptr [ecx]
addss       xmm3,xmm4

result->y = m10 * v->x + m11 * v->y + m12 * v->z;
movss       xmm4,dword ptr [ecx+10h]
movss       dword ptr [eax],xmm3
movss       xmm3,dword ptr [ecx+0Ch]
mulss       xmm3,xmm2
mulss       xmm4,xmm1
addss       xmm3,xmm4
movss       xmm4,dword ptr [ecx+14h]
mulss       xmm4,xmm0
addss       xmm3,xmm4
movss       dword ptr [eax+4],xmm3

result->z = m20 * v->x + m21 * v->y + m22 * v->z;
movss       xmm3,dword ptr [ecx+18h]
mulss       xmm3,xmm2
movss       xmm2,dword ptr [ecx+1Ch]
mulss       xmm2,xmm1
movss       xmm1,dword ptr [ecx+20h]
addss       xmm3,xmm2
mulss       xmm1,xmm0
addss       xmm3,xmm1
movss       dword ptr [eax+8],xmm3

可以看到記憶體閱讀操作減少了。

到最後，其實使用局部變量也可達到類似效果：


void Matrix::MulVector(const Vec3& v, Vec3& result) {
 const float x = v.x;
 const float y = v.y;
 const float z = v.z;

 result.x = m00 * x + m01 * y + m02 * z;
 result.y = m10 * x + m11 * y + m12 * z;
 result.z = m20 * x + m21 * y + m22 * z;
}