C ++中的复杂内存管理问题

Question

我需要在C ++中设想一个有效的粒子系统，它可以处理大量粒子并施加力。

以下是要求：

• 动态地有效地创造和消耗大量粒子和力量。

• 粒子存储x / y / z位置和速度，质量，空气摩擦以及其他一些其他属性。

• 不需要扩展粒子（没有继承图）。

• Forces是多态对象，主要有一个getAcceleration（）虚方法。

• 可以对一个粒子施加几种或没有力。

• 一种力只适用于一个粒子，当这个粒子死亡时，力量没有更多意义，应该删除。

• 力可能涉及多个粒子（包括它所应用的粒子）。

• 当一个粒子死亡（被移除）时，根据力的类型，涉及它的力可能也可能不会死亡。

• 引擎必须能够遍历每一帧的所有粒子和所有力才能执行计算

我希望有一个漂亮而清晰的对象模型，以便能够很好地维护和扩展。

其他信息：

可以显示力（在屏幕上绘制小箭头），因此将它们建模为真实物体可能会很不错。
粒子通常由“物理对象”创建，它创建一个或多个粒子（对它们施加力）并且可以随时移除它们（如果物理对象变得不动，如果它离开屏幕，或者任何原因） 。
（请注意，力不仅会由“物理对象”创建。）

到目前为止，我已经开始尝试最小化动态分配，因为它们很慢，并且粒子很可能每秒都会出现并且大量死亡。

#include <vector>

typedef double nb_t;

struct Particle {
    nb_t x, y;
    nb_t sx, sy;
    nb_t mass;
    nb_t air_friction;
};

class Force {
public:
    virtual nb_t get_x_component() = 0;
    virtual nb_t get_y_component() = 0;
    virtual ~Force() = 0;
};

class Engine {
protected:
    std::vector<Particle> particles;
    std::vector<Force*> forces;
public:
    void refresh();
    void addParticle(Particle& p);
    void removeParticle(int index);
    // ...
};

但是，粒子的所有者（或者更确切地说是它的创造者，物理对象）应该如何跟踪它的粒子，并能够命令它们被移除？
我认为智能指针可能很有用，但我不确定引用计数是否合适，因为死亡的粒子应立即从​​内存中移除以让其他人分配。

此外，是不是有一个STL容器可以将我的对象存储在一个数组中（比如矢量），而不考虑顺序（unordered_vector？）但是会放置最后一个元素而不是我们尝试删除的元素，以便元素删除不需要翻译所有以下元素？

您认为最好的是什么？尝试保持效率，清晰度和可扩展性会有什么好处？

Answer 1

关于创建和删除您想要永远不想调用新对象或删除对象的对象，或尝试将其最小化。可以通过创建内存池并将其用于对象分配来实现此最小化。

看起来你想要一个对象池，一个用于粒子，一个用于力。

http://pastie.org/private/ivmu9ogvrf5vurjrwuqmka

该代码是一个非常简单且不太强大的内存池，但可以为您提供更好的实现方法。

Answer 2

以下是有关架构的小型观察，我将让其他人解决内存管理本身的问题

虚拟调用需要一次处理尽可能多的粒子，因此您可能希望通过getAcceleration()或computeAccelerationsForParticles( std::vector<int>& particleIndices)等更密集的内容重新考虑单个computeAccelerationsForParticles( ParticleGroup& particleGroup)界面。通过这种方式，虚拟呼叫的开销从每个粒子一次扩展到每个力组一次

这种架构意味着您需要按强制组跟踪粒子。如果你想显示粒子特定数据（比如力）你可能会添加一个只在非空时更新的粒子调试结构，所以你在做无窗口时不会有这样的开销。模拟