Cocos2d-x 3.0 数据结构

基础数据结构在游戏开发中至关重要，可能每一帧某个逻辑需要从一个数组中查找，删除，添加数据，或者从一个字典中快速存/取一个值，游戏引擎本身也要对UI树进行遍历，排序等操作。基础数据的操作速度影响着程序的性能，而基础数据的使用方法则影响着开发效率。当然我们应该尽量避免游戏中每一帧频繁的迭代和查找计算，应尽可能地将结果缓存起来。

C++标准库已经提供了数组(std::vector)，字典(std::map)等比较优秀的基础数据结构，然而它们不支持Cocos2d-x的内存管理方式(关于Cocos2d-x内存管理，参见第三章)。在Cocos2d-x 2.x及之前的版本中，Cocos2d-x提供CCArray和CCDictionary来结合Cocos2d-x的内存管理方式一起工作，但是它们却不能很好地支持标准库中的迭代器操作，这在一定程序上影响着开发效率。

Cocos2d-x 3.0用Vector和Map<K, V>代替了之前的CCArray和CCDictionary，新的容器类使用模板类来避免了不必要的数据类型转换，同时能够完美地支持标准库中的各种迭代操作，例如std::find()，std::sort()等等。实际上，在3.0中Vector和Map<K,T>是对标准库中std::vector和std::unordered_map<K,T>的封装，使其能够结合Cocos2d-x的内存管理方式。我们可以从以下三个方面来理解新的数据结构的特点。

1.2.6.1 Map<K,V>的性能

对于Map<T,V>，Cocos2d-x默认使用std::unordered_map，std::unordered_map将每个key值转化为hash值存储，并按照hash值排序，所以它不是实际的字典中Key或者Value值的存储顺序。unordered_map对于单个Key值的查找有更快的速度，它只需要将Key转化为hash值，然后做一次或者多次相等比较，其复杂度为O(n)，而std::map的find复杂度为O(log2(n))，它在每个元素之间使用小于比较。

std::unordered_map初始化的时候分配一定数量(通常很少)的buckets来存储Key/Value对，每个bucket对应一个hash值。hash值是基于buckets的数量来计算的，所以当新增元素的时候，一个bucket可能就会对应多个hash值，造成冲突，std::unordered_map就需要重新计算所有hash值(rehash)，这会造成一定的性能问题。所以如果你需要在短时间内插入一定数量的数据，最好使用resverve方法来设定buckets的数量，减少不必要的rehash计算。当然如果只是偶尔插入或者删除数据，则不必这么做，因为resverve会增加unordered_map的内存占用。

另一个需要注意的地方是std::hash的计算，std::unordered_map使用特殊的hash算法，当其类型为整数时，直接将其自身作为hash值，这减少hash值的计算量。所以，游戏中应尽量使用整型作为 Map<K,V>的Key值类型，这会大大提升Map<K,V>的性能，参见引用4和5。

1.2.6.2 与Cocos2d-x内存管理的结合

在2.x的使用场景中，CCArray和CCDictionary通常被分配在堆上，我们不得不需要考虑在适当的地方释放其内存。新的容器类不再继承自Ref(2.x中的CCObject)，新的容器类通常应该被分配在栈上来使用，这简化了内存管理，我们应该将精力放在容器元素而不是容器本身的内存管理上。

Vector中的T和Map<K,V>中的V必须是Ref类型，因为它们需要结合Cocos2d-x的内存管理方式一起工作。这简化了容器中元素的内存管理，这主要体现在两个方面。

以任何形式新加入到容器中的左值都会执行retain()方法使引用计数+1，以Vector为例，比如拷贝构造函数，赋值操作符，pushBack，replace，insert：


class MyClass : public Ref
{};

void testVector()
{
auto c1= new MyClass();
c1->autorelease();
auto c2=new MyClass();
c2->autorelease();

CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,c1->getReferenceCount(),c2->getReferenceCount());

Vector<MyClass*> v1;
v1.pushBack(c1);
v1.insert(1, c2);
CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,c1->getReferenceCount(),c2->getReferenceCount());

v1.popBack();
CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,c1->getReferenceCount(),c2->getReferenceCount());

Vector<MyClass*> v2=Vector<MyClass*>(v1);
CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,c1->getReferenceCount(),c2->getReferenceCount());

Vector<MyClass*> v3=v1;
CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,c1->getReferenceCount(),c2->getReferenceCount());
}

其输出为：

cocos2d: reference count c1:1 & c2:1
cocos2d: reference count c1:2 & c2:2
cocos2d: reference count c1:2 & c2:1
cocos2d: reference count c1:3 & c2:1
cocos2d: reference count c1:4 & c2:1

以任何形式从容器中移除的左值都会被执行release()方法使引用计数-1。比如析构函数，erase，popBack，replace，clear，这里读者自行测试，不再举例。

以上这些操作，在同一语句中都能明确计算其对元素引用计数的影响，这样可以很好的根据Cocos2d-x的内存管理规则对容器中的元素进行自动内存管理。但是下标操作符[]却返回一个左值T&，在同一语句中对容器元素造成的影响是不可估计的，例如语句：

v3[0]->release();

将会影响容器中元素的内存管理，所以Cocos2d-x的容器没有提供下标操作符，而我们应该用at方法来返回一个右值：

template
class CC_DLL Vector
{
public:
/** Returns the element at position ‘index’ in the vector. */
T at(ssize_t index) const
{
CCASSERT( index >= 0 && index < size(), “index out of range in getObjectAtIndex()”);
return _data[index];
}
};

1.2.6.3 移动语义

最后，新的容器类对于右值使用了C++11新的移动(move，见引用6，7)语义，它们实现了移动拷贝函数和移动赋值操作符，这样在使用右值时减少了一些不必要临时变量的生成和拷贝：

template
class CC_DLL Vector
{
public:
/** Move constructor */
Vector(Vector&& other)
{
static_assert(std::is_convertible<T, Ref*>::value, “Invalid Type for cocos2d::Vector!”);
CCLOGINFO(“In the move constructor of Vector!”);
_data = std::move(other._data);
}

/** Move assignment operator */
Vector& operator=(Vector&& other)
{
if (this != &other) {
CCLOGINFO(“In the move assignment operator!”);
clear();
_data = std::move(other._data);
}
return *this;
}
};

例如如下的使用：

Vector<MyClass*> getVector()
{
auto c1= new MyClass();
c1->autorelease();
auto c2=new MyClass();
c2->autorelease();

Vector<MyClass*> v1;
v1.pushBack(c1);
v1.insert(0, c2);

CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,c1->getReferenceCount(),c2->getReferenceCount());

return v1;
}

void testVectorMove()
{
Vector<MyClass*> v2=Vector<MyClass*>(getVector());
CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,v2.at(1)->getReferenceCount(),v2.at(0)->getReferenceCount());

Vector<MyClass*> v3=getVector();
CCLOG(“reference count c1:%d & c2:%d”,v3.at(1)->getReferenceCount(),v3.at(0)->getReferenceCount());
}

其输出为：

cocos2d: reference count c1:2 & c2:2
cocos2d: reference count c1:2 & c2:2
cocos2d: reference count c1:2 & c2:2
cocos2d: reference count c1:2 & c2:2

可见，上述的例子分别使用了移动拷贝函数和移动赋值操作符，这就减少了不必要的临时变量的生成了销毁。

原文：http://hielvis.com/2014/03/30/cocos2d-x-3-0-data-structure/