container - Historisch-Kulturwissenschaftliche

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Engine Support Systems
Universität zu Köln – Historisch Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung
Softwaretechnologie II (Teil 2): Simulation und 3D Programmierung
Dozent: Manfred Thaller, Dr. phil., Prof.
Referentin: Julia Lohmann
27.06.2013
Inhalt
• Subsystem Start-Up und Shut-Down
• Memory Management
• Container
• Strings
• Engine Konfiguration
Julia Lohmann
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Subsystem Start-Up/Shut-Down
• Konfiguration und Initialisierung der Software
– Spezielle Reihenfolge notwendig
– Genauso beim Beenden
• Initialisierungen
– Aufruf ohne Reihenfolge vor main()
• Destruktoren
– Aufruf ohne Reihenfolge nach main()
Unkontrollierte Aufrufe!
Julia Lohmann
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Subsystem Start-Up/Shut-Down
• Einfache Lösung:
– Explizite Konstruktoren und Destruktoren für
jedes Einzelobjekt
– Alle Funktionen außerhalb der main()-Funktion
sind leer
– 2 void-Funktionen in Konstruktoren und
Destruktoren, um aus main() ausführbar zu sein
Julia Lohmann
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Memory Management
• Optimierung der Speichernutzung:
– Informationen in direkt benachbarten, kleinen
Blöcken speichern
– Fragmentierung der Informationen vermeiden
Wichtig für Spielfluss!
• Zu beachten:
– Speicher wird nicht nur belegt, sondern auch
wieder frei gegeben
Julia Lohmann
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Memory Management
• Stack-Basiertes Vorgehen mit unterer Grenze:
– Speicher wird bei Beginn eines Levels reserviert
– Dynamische Speichernutzung ist minimal
– Speicher wird nach Ende des Levels wieder
komplett frei gegeben
– Grenzadresse von belegt zu frei wird immer
zwischengespeichert
– Kann nur von „oben nach unten“ frei gegeben
werden
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Memory Management
• Stack-Basiertes Vorgehen mit zwei Grenzen:
– wie Stack-Basiertes Vorgehen, aber
– Obere und untere Grenzadresse wird gespeichert
– Kann „links“ von „oben nach unten“ und „rechts“
von „unten nach oben“ frei gegeben werden
– Keine Probleme, solange nicht mehr gespeichert
wird, als in der „Mitte“ zur Verfügung steht
Julia Lohmann
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Memory Management
• Pool-Basiertes Vorgehen:
– Reservieren von Speicherplatz durch Festlegung
eines Pools von Speicherblöcken
– Jeder Speicherblock ist gleich groß
– Anlegen einer Liste für freie Speicherblöcke
– Dynamisches Belegen und Freigeben problemlos
möglich
– Problem, falls mehr Speicherplatz nötig ist, als
vorher festgelegt
Julia Lohmann
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Memory Management
• Ausrichtungs-Basiertes Vorgehen:
– Keine grundlegenden Begrenzungen
– Adressen werden mit Freigabe von Speicher sofort
angepasst
– Jede Anpassung benötigt 1 Byte Speicherplatz
zusätzlich, um jederzeit auffindbar zu bleiben
Veränderung der Adresse in Bytes
neue Adresse
Julia Lohmann
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Memory Management
Julia Lohmann
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Memory Management
• Einzelframe-Speicherzuweisung:
– Beschränkung eines Speichervorgehens auf die
Zeit von einem Datenübertragungsblock
– Während des Frames gefüllter Speicher, wird bei
Ende des Frames von vorne befüllt
– Freigabe des Speichers nicht notwendig
– Unglaublich schnell
– ABER: Speicher nur während des einen Frames
verfügbar!
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Memory Management
• Doppelframe-Speicherzuweisung:
– Zwei gleich große Einzelframe-Speicherzuweisungen
– Zwischen jedem Frame wird zur jeweils anderen
Speicherzuweisung immer hin und her gewechselt
immer ein inaktiver Buffer zur Verfügung
Informationen über zwei Frames hinweg verfügbar
– Nach zwei Frames aber wieder Überschreiben der
Informationen im vorher inaktiven Buffer
Julia Lohmann
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Memory Management
• Fragmentierung: Verteilung der gespeicherten
Daten, durch viele ungenutzte Bereiche
• Speicherfehlschläge in „Zwischenräumen“
(selbst bei genug Speicher an zwei Stellen)
• Aufteilen von einem Speicherblock, sodass er
in mehrere Lücken passt
• Stack- und Pool-Basierte Vorgehensweisen
umgehen das
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Memory Management
• Problematik von Defragmentierung:
– Verschieben von Speicherblöcken verursacht dass
pointer in leere oder falsche Speicherblöcke zeigen
• Anpassen aller pointer manuell
manuelle Listenführung über alle pointer seitens
des Programmierers zwingend nötig!
• Nutzung von smart pointers oder handles
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Memory Management
• smart pointer
– Klasse, die einen pointer enthält und sich
insgesamt wie einer verhält
Anlegen einer globalen Liste mit allen smart pointers
• handles
– Index in eine nicht verschiebbare Tabelle, die die
pointer enthält
Nur pointer müssen angepasst werden (handle ändert
sich nicht; keine Änderung nötig für Objekte, die handles
benutzen
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Memory Management
• Speicherinteraktion beeinflusst Performanz
– CPU-Zugriff auf Informationen im Hauptspeicher
am langsamsten
– Cache als Speichermöglichkeit zwischen CPU und
Hauptspeicher
– CPU-Zugriff auf Informationen im Cache am
schnellsten
– Automatisches Laden eines Informationsteils vom
Hauptspeicher in den Cache
Julia Lohmann
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Memory Management
• Schlechte Performanz vermeiden:
– Leistungsstarke Funktionen so kurz wie möglich
halten
– Funktionsaufrufe innerhalb essentieller Bereiche
für die Performanz vermeiden
– Aufgerufene Funktionen möglichst nah an der
aufrufenden Funktion platzieren
– Inline-Funktionen nur mit Bedacht benutzen
Nötiger Zugriff auf Hauptspeicher minimal
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Containers
• container:
– Beinhaltet und handhabt keine oder mehrere
Datenelemente
• Iteratoren, um Container systematisch zu
durchsuchen
– Besser preincrement nutzen („++i“ anstatt „i++“)
kann direkt pointer/iterator hochzählen
postincrement muss erst alten Wert in Cache
schreiben, dort hochzählen lassen, dann wird der neue
Wert zurück gegeben
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Containers
• Eigene Container-Strukturen implementieren
– An Anforderungen der Software angepasst
– Jederzeit Optimierung der Strukturen möglich
– Jederzeit Anpassungen möglich
– Abhängigkeit von Dritten verhindert
• Implementationen von Dritten verwenden
– standard template librarys (STL) bieten viel an
– „robuste Implementationen“ durchaus verfügbar
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Containers
• Mögliche Nachteile von STL:
– Dokumentation veraltet
– Langsamer, da nicht an Software angepasst
– Verbraucht mehr Speicher
– Verwendet sehr häufig dynamische
Speicherbelegung
– Einbindung von Compiler zu Compiler verschieden
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Containers
• linked list:
– Datenstruktur, die einem Array ähnelt und durch
pointer zum nächsten/vorherigen Element damit
verbunden ist
– Elemente hinzufügen und entfernen sehr einfach
– Möglichkeit nur pointer in eine Richtung zu
verwenden, falls Benutzung wie Stack vorgesehen
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Containers
• extrusive list:
– Datenstrukturen der Liste unabhängig von
Datenstrukturen des Elements
– Jedes Objekt der Liste beinhaltet einen pointer
zum Element
– Für jedes neue Objekt wird dynamisch neuer
Speicher belegt
beste Lösung: Pool-Basierte Vorgehensweise
Julia Lohmann
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Containers
• intrusive list:
– Datenstrukturen der Liste in Datenstrukturen des
jeweiligen Elements eingebettet
– Für jedes neue Objekt ist schon Speicher
reserviert (keine dynamische Speicherung nötig)
– Vererbung von Listeneigenschaften auf Elemente
– pointer zurück auf das Element unnötig
Julia Lohmann
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Strings
• Ein String ist ein Array von Zeichen
– Entweder Länge vorher festlegen oder Speicher
dynamisch benutzen
• Übersetzungsproblematik beachten
– Zeichendarstellung (äüöéèê etc.)
– Lesedarstellung (rechts nach links und oben nach
unten)
– Übersetzter String möglicherweise wesentlich
länger oder kürzer
Julia Lohmann
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Strings
• String im Speicher finden und auslesen extrem
zeitaufwändig, da mehrere Kopier- und
Vergleichsvorgänge notwendig
kurze, eindeutige Bezeichner oder besser
Hashed-String-IDs verwenden (Umwandlung in
Zahlen, da Vergleich wesentlich schneller)
• UTF-8 (1 oder 2 Byte pro Zeichen) vs.
UTF-16 (Immer 2 Byte pro Zeichen)
Julia Lohmann
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Engine Konfiguration
• Einstellungsoptionen unweigerlich in großer
Menge vorhanden
– Manche für Spieler durch ein Menü veränderbar
– Andere nur für Spieleentwickler, um
Feinabstimmungen möglich zu machen
versteckt oder bei Vervollständigung des Spiels
herausgenommen
Julia Lohmann
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Engine Konfiguration
• Möglichkeiten für Speichern und Laden
– Textdateien
– Komprimierte Binärdateien
– Windows Registry
– Kommandozeilen-Option
– Umgebungsvariablen
– Online Benutzerprofile
Julia Lohmann
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