C# ゲームプログラミングはホントにメモリのことに無頓着でいいの？
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Unity や MonoGame など、C# でゲームを作る環境が整ってきた昨今。メモリ？なにそれ美味しいの？という初学者が、難しいことを考えずにモノづくりができる一方で、メモリについて知らないとトラブルになることもあります。C#でゲームプログラムを書いたことがある、くらいの方を対象に、メモリとは何か、から、メモリリーク・ガベージコレクションの話、そしてガベージコレクションの回数を減らす実装方法について話します。
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C# ゲームプログラミングはホントにメモリのことに無頓着でいいの？
- 2. 2 自己紹介(C#er歴) • B1で勉強してまる8年 • B1、B2でC#製ゲームを3本制作 • B2-B4でバイト：C#/WPF、VB6の秘伝のソース • B4の研究、M1の学内ハッカソン、および インターンのゲーム制作でUnityを使用 • 仕事はUnityとか 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys
- 9. 9 ~生みの王子~ C#で書ける！！！！！！ゲームエンジン (Unityが流行り出した頃にはXNAは死んでた) 最高すぎていろいろ作った (院生時代) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys センサデバイスのモニターテスト用 アプリケーション コンソール向けゲーム全周画像ビューワ Not printed Not printed
- 15. 15 メモリ 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys ALU レジスタ データを格納するためのマスが並んでいる マスには番地が振られている 番地情報を通してデータを読み書きする 中身を拡大 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 ……
- 19. 19 スタック メモリ上の隣接した番地に積み上げ・積み降ろすように データを配置・解放していくデータ管理方式 ✓ 配置の効率がよい ✗ データがいつ使われなくなるかが明確でないと使えない ✗ 積めるサイズは有限 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys プログラムの関数呼び出しでは、より新しく作った変数ほど より早く使わなくなるので、スタックで管理できる
- 20. 20 ヒープ データの大きさや、確保・解放の順序に依存することなく データを管理できる方式 ✓ スタックで管理できないデータを管理できる ✗ 使っている場所や大きさをすべて把握しておく必要がある ✗ 新たに空き領域を探す手間がある 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys C言語では malloc (C++ なら new 等) でメモリを確保したときは ヒープにデータを置く
- 23. 23 ガベージコレクション (GC) C#(の実行環境)は ヒープ上の使われなくなったメモリ領域 を自動的に解放する 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys まかせた
- 24. 24 ガベージコレクション (GC) C#(の実行環境)は ヒープ上の使われなくなったメモリ領域 を自動的に解放する ついでに空き領域を詰める (コンパクション) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys
- 27. 27 C#でメモリリークしないためには… • C#が管理していないメモリ(アンマネージドメモリ)を 利用するクラスが使わないか、ドキュメントを見る • IDisposable が実装されているクラスのインスタンスで 確実に Dispose 関数を呼ぶ実装をする • using 節が使えるなら使おう 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys using (var sr = new StreamReader(“example.txt”)) { // do something } えー
- 28. 28 Unityはメモリリークする？ Unityの機能だけを使用していてもメモリリークする(それっぽい状態になる) アセットを解放しても参照されてるリソースが解放されない可能性 ↓↓ 以下を読んで(丸投げ) 【Unity】アセットのUnloadとDestroyについて – テラシュールブログ http://tsubakit1.hateblo.jp/entry/2016/10/02/232723 (あとは悪名高いアセットバンドルはアンロード忘れるとメモリリークするとか……) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys
- 31. 31 ガベージ コレクションの条件 https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/standard/garbage-collection/fundamentals#conditions_for_a_garbage_collection GCはいつ発生するの？ 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys システムの物理メモリが少ない場合。 • OS からのメモリ不足通知またはホストによって示されたメモリ不足のいずれかによって検出されます。 オブジェクトによって使用されているメモリが、許容されるしきい値を超える場合。 • このしきい値は、プロセスの進行に合わせて絶えず調整されます。 GC.Collect メソッドが呼び出された場合。 • ほとんどの場合、ガベージ コレクターは継続して実行されるため、このメソッドを呼び出す必要は ありません。このメソッドは、主に特別な状況やテストで使用されます。 GCは突然に
- 34. 34 GCを根源から断ち切るには？ 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys ヒープを使わない…ことは難しい • クラス型のインスタンスや配列はヒープに確保される • フレームワーク側の機能がクラス型で実装されていることも多い プレイアブルなシーンの間、GCを発生させないようにできないか？ • GCの発生条件は「メモリが、許容されるしきい値を超える場合」… ⇒ヒープに新たにメモリを確保しようとしなければ、 GCの発生は起きない
- 35. 35 メモリ確保が発生しないプログラミング (1/2) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys class GoodScene { private Bullet[] bullets; public GoodScene() { bullets = new Bullet[256]; } public void MainLoop() { bullets[index].position = ... } } class BadScene { private List<Bullet> bullets; public BadScene() {} public void MainLoop() { var b = new Bullet(); bullets.Add(b) b.position = ... } } シーン開始時のロードで、必要な情報をすべてメモリに載せる
- 36. 36 メモリ確保が発生しないプログラミング (2/2) 意図せぬメモリ確保がないかチェックする 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys Visual Studio の 診断ツール Unity の Profiler
- 38. 38 OnGUI void OnGUI(){ GUI.Label(new Rect(0,0,32,32),”TEST”)); } 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys GUIクラスを使用して画面描画を行うと、 毎フレーム、ヒープへのメモリ確保が行われる GUIは開発・デバッグ機能という認識。製品ではuGUIなどへ移行を
- 39. 39 文字列演算 string はクラスなので、定義するとメモリに確保される (回避方法なし) 文字列の結合(+演算子)は、結合後の新しい文字列としてメモリに確保される StringBuilder を使用すれば、メモリの確保を抑えることができる 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys string str = “点数は” + score.ToString() + “点です”; StringBuilder sb = new StringBuilder(); void Update(){ sb.Append(“点数は”); sb.Append(score); sb.Append(“点です”); string str = sb.ToString(); // メモリ確保はどうしても起きる }
- 40. 40 List 動的に配列のサイズを変えたくてListを使った？甘えんな！！ 当然メモリの確保が行われる。 固定長配列使え固定長配列 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys // List<int> intList で定義している intList.Add(3); int[] intArray = new int[256];
- 41. 41 LINQ LINQめっちゃ使いたいけどメモリアロケーションあるねん… for ループ回して配列なめてください… 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys using System.Linq; ... // int[] intArray で定義している intArray.Count(i => i == 3);
- 42. 42 Coroutine (1/3) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys IEnumerator TimerCoroutine() { // 300フレーム待つ for(int i=0; i < 300; i++){ yield return new WaitForEndOfFrame(); } // do something } StartCoroutine(TimerCoroutine());
- 43. 43 Coroutine (2/3) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys var waitForEndOfFrame = new WaitForEndOfFrame(); IEnumerator TimerCoroutine() { // 300フレーム待つ for(int i=0; i < 300; i++){ yield return waitForEndOfFrame; } // do something } StartCoroutine(TimerCoroutine());
- 44. 44 Coroutine (3/3) 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys var waitForEndOfFrame = new WaitForEndOfFrame(); IEnumerator TimerCoroutine() { // 300フレーム待つ for(int i=0; i < 300; i++){ yield return waitForEndOfFrame; } // do something } StartCoroutine(TimerCoroutine()); そもそもコルーチンを 生成すると メモリ確保される… コルーチンなしで頑張る…？
- 45. 45 などなど 詳しい情報は「Unity GC Alloc」みたいなのでググって うにばな メモリ使用量の最適化・ヒープメモリ ほか – livedoor Blog http://blog.livedoor.jp/akinow/archives/52474053.html ↑ただし、foreach で List を回すとメモリ確保する(クソ)仕様は Unity 5.5 で修正済 neue cc - C#のGCゴミとUnity(5.5)のコンパイラアップデートによるListの foreach問題解決について http://neue.cc/2016/08/05_537.html 2018/3/19 春合宿2018講座;C#ゲームプログラムとメモリ;crys